Лиганды гемоглобина

КИСЛОРОДТРАНСПОРТНАЯ СПОСОБНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ПАРОДОНТИТЕ

УДК 615.849.19:616.31

DOI: 10.22138/2500-0918-2020-17-1-33-41

Т.И. Власова, А.Н. Сидоренко, Е.В. Кондюрова, Е.А. Ташина, В.В. Акимов, А.С. Федоськина, Д.Д. Косынкина

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» Министерства науки и высшего образования РФ, г. Саранск, Российская Федерация;
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный медицинский университет», г. Краснодар, Российская Федерация

Резюме. Цель исследования — изучение кислородтранспортной способности эритроцитов при хроническом пародонтите. Материалы и методы. Клинические исследования 34 больных хроническим генерализованным пародонтитом: первая группа (n=20) — пародонтит средней степени тяжести, вторая группа (n=16) — тяжелый пародонтит. Исследовали содержание вторичных продуктов липопереокисления, активность фосфолипазы А2, каталазы, определение фосфолипидного состава эритроцитов (денситометр Model GS — 670 (BIO-RAD, США). Определяли конформацию и свойства гемоглобина эритроцитов методом спектроскопии комбинационного рассеивания (in via Basis фирмы Renishaw (UK)). Результаты. При хроническом тяжелом генерализованном пародонтите зарегистрировано нарушение кислородтранспортной функции гемоглобина (снижения способности гемоглобина связывать лиганды на 18,57% (p<0,05) и уменьшения сродства гемоглобина к кислороду на 14,30% (p<0,05)) на фоне конформационных изменений пирролов и в целом гемоглобина. Данные изменения коррелировали с изменениями фосфолипидного спектра клеточной мембраны эритроцита и повышением содержания вторичных продуктов липопереокисления и активностью фосфолипазы А2 эритроцитов. При хроническом пародонтите средней степени тяжести указанные изменения менее выражены. Заключение. При хроническом генерализованом пародонтите установлена зависимость патологических изменений кислородсвязывающей способности гемоглобина от биохимических характеристик эритроцитарных мембран и выраженности оксидативных процессов. Выявленные изменения коррелируют с тяжестью течения заболевания.

Ключевые слова: хронический генерализованный пародонтит, кислородсвязывающая способность гемоглобина, эритроциты, оксидативные процессы, липидный состав

Дата поступления 10.12.2020 г.

Образец цитирования:Власова Т.И., Сидоренко А.Н., Кондюрава Е.В., Ташина Е.А., Акимов В.В., Федоськина А.С., Косынкина Д.Д. Кислородтранспортная способность эритроцитов при хроническом пародонтите. Вестник уральской медицинской академической науки. 2020, Том 17, №1, с. 33–41, DOI: 10.22138/2500-0918-2020-17-1-33-41

ЛИТЕРАТУРА
1. Амхадова М.А., Гаража С.Н., Хубаев З.С.С., Гришилова Е.Н., Хачатуров С.С., Ильина Е.Е., Хубаев Т.С.С. Эффективность комплексной терапии хронического генерализованного пародонтита. Российский стоматологический журнал. 2019; 1 (23): 7-9.
2. Еделев Д.А., Рябцун О.И., Нагорнев С.Н., Фролков В.К., Радченко С.Н., Датий А.В. Морфофункциональные предикторы и способ интегральной оценки клинической эффективности применения немедикаментозных методов лечения хронического пародонтита. Российский журнал восстановительной медицины. 2019; 2: 88-107.
3. Пинелис Ю.И., Малежик М.С., Малежик Л.П. Роль свободнорадикального окисления в патогенезе хронического воспаления пародонта у лиц пожилого возраста. Успехи геронтологии. 2017; 1(30):109-113.
4. Wood B.R., Caspers P., Puppels G.J.,Pandiancherri S., McNaughton D.Resonance Raman spectroscopy of red blood cells using near-infrared laser excitation. Anal. Bioanal. Chem. 2007; 387: 1691-1703.
5. Власов А.П., Трофимов В.А., Тарасова Т.В., Тюрина Е.П., Котлова Е.В., Ледяйкина Л.В. Структурно-функциональное состояние гемоглобина при гестозе. 2012; 6. http://www.science-education.ru/106-7340.
6. Brazhe N.A., Abdali S., Brazhe A.R. New Insight into Erythrocyte through In Vivo Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Biophys. J .US. 2009; 12 (97): 3206-3214.
7. Халилов Р.А., Джафарова А.М., Астаева М.Д. Оценка состояния прооксидантно-антиоксидантной системы крови и некоторых морфофункциональных параметров эритроцитов у больных хроническим бруцеллезом. Здоровье и образование в XXI веке. 2016; 9. https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-sostoyaniya-prooksidantno-antioksidantnoy-sistemy-krovi-i-nekotoryh-morfofunktsionalnyh-parametrov-eritrotsitov-u-bolnyh.
8. Егоров Д.Ю., Козлов А.В. Природа продуктов ПОЛ, определяемая в сыворотке крови по реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой. 1988.
9. Ревин В.В., Кленова Н.А., Громова Н.В., Грунюшкин И.П., Соломадин И.Н., Тычков А.Ю., Пестрякова А.А., Садыхова А.В., Ревина Е.С., Просникова К.В., Бурдон Ю.С., Желев Н. Физико-химические процессы и морфофункциональные характеристики эритроцитов человека при гипергликемии. Front Physiol. 2017; 8(30): 606. doi:10,3389 / fphys.2017.00606.
10. Ademowo OS, Sharma P, Cockwell P, Reis A, Chapple IL, Griffiths HR, Dias IH. Distribution of plasma oxidised phosphocholines in chronic kidney disease and periodontitis as a co-morbidity. Free Radic Biol Med. 2019.
11. Welbourn EM, Wilson MT, Yusof A, Metodiev MV, Cooper CE. The mechanism of formation, structure and physiological relevance of covalent hemoglobin attachment to the erythrocyte membrane. Free Radic Biol Med. 2017;103:95-106. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.12.024.
12. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018; 25(3):486-541. doi: 10.1038/s41418-017-0012-4. Epub 2018 Jan 23.
13. Митянина В.А., Паршина Е.Ю., Юсипович А.И., Максимов Г.В., Селищева А.А. Исследование кислородсвязывающих свойств эритроцитов у детей с разными сроками заболевания сахарным диабетом 1-го типа. Бюл. экспер. биол. мед. 2012; 4 (153): 499-503.
14. Юсипович А.И., Браже Н.А., Лунева О.Г., Паршина Е.Ю., Чурин А.А., Родненков О.В. Изменение состояния гемоглобина у больных ишемической болезнью сердца и больных с недостаточностью кровообращения. Бюл. экспер. биол. мед. 2013; 155; 2:201-203.
15. Меринова, Н. И., Козлова, Н. М., Колесниченко, Л. С., Суслова, А. И., Ясько, М. В., Егорова, И. Э., Бахтаирова, В. И., Булавинцева, О. А., Леонова, З. А.. Малоновый диальдегид и система глутатиона в крови у больных хроническим панкреатитом в зависимости от длительности заболевания. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2013; 119 (4): 67-69.

Авторы
Власова Татьяна Ивановна
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Доктор медицинских наук, доцент, профессор кафедры нормальной и патологической физиологии
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68
[email protected]

Сидоренко Александр Николаевич
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный медицинский университет»
Доктор медицинских наук, доцент, доцент кафедры ортопедической стоматологии
Российская Федерация, 350063, г. Краснодар, ул. им. М. Седина, 4
[email protected]

Кондюрова Евгения Викторовна
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Кандидат медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой стоматологии
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68

Ташина Елена Андреевна
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Аспирант кафедры стоматологии
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68

Акимов Владимир Владимирович
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Соискатель кафедры стоматологии
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68

Федоськина Анна Сергеевна
Студент 5 курса Медицинского института
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68

Косынкина Дарья Дмитриевна
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Студент 6 курса Медицинского института
Российская Федерация, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, 68.

Лиганд - это... Что такое Лиганд?

Лига́нд (от лат. ligare — связывать) — атом, ион или молекула, связанные с неким центром (акцептором). Понятие применяется в биохимии для обозначения агентов, соединяющихся с биологическими акцепторами (рецепторами, иммуноглобулинами), а также в химии комплексных соединений, обозначая там присоединенные к одному или нескольким центральным (комплексообразующим) атомам металла частицы.

В неорганической химии

Чаще всего такое связывание происходит с образованием так называемой «координационной» донорно-акцепторной связи, где лиганды выступают в роли основания Льюиса, то есть являются донорами электронной пары. При присоединении лигандов к центральному атому химические свойства комплексообразователя и самих лигандов часто претерпевают значительные изменения.

Номенклатура лигандов

первым в названии соединения в именительном падеже называется анион, а затем в родительном — катион
в названии комплексного иона сначала перечисляются лиганды в алфавитном порядке, а затем центральный атом
центральный атом в нейтральных катионных комплексах называются русским названием, а в анионах корнем латинского названия с суффиксом «ат». После названия центрального атома указывается степень окисления.
число лигандов, присоединенных к центральному атому, указывается приставками «моно», «ди», «три», «тетра», «пента», и т. д.

Характеристики лигандов

Электронное строение

Собственно, важнейшая характеристика лиганда, позволяющая оценить и спрогнозировать его способности к комплексообразованию и саморазрушению D-орбитали — разрушения соединения в целом. В первом приближении включает в себя количество электронных пар, которые лиганд способен выделить на создание координационных связей и электроотрицательность донирующего атома или функциональной группы.

Дентатность

EDTA

Число занимаемых лигандом координационных мест центрального атома (или атомов), называется дентатностью (от лат. dens, dent- — зуб). Лиганды, занимающие одно координационное место, называются монодентатными (например, NH₃), два — бидентатными (оксалат-анион [O-C(=O)-C(=O)-O]²⁻). Лиганды, способные занять большее количество мест, обычно обозначают как полидентатные. Например, этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), способная занять шесть координационных мест.

Кроме дентатности, существует характеристика, отражающая количество атомов лиганда, связанных с одним координационным местом центрального атома. В английской литературе обозначается словом hapticity и имеет номенклатурное обозначение η с соответствующим надстрочным индексом. Хотя устоявшегося термина в русском языке она, по-видимому, не имеет, в некоторых источниках можно встретить кальку «гаптность»^[1]. Как пример, можно привести циклопентадиенильный лиганд в металлоцентровых комплексах, занимающий одно координационное место (то есть, являющийся монодентатным) и связанный через все пять атомов углерода: η⁵-[C₅H₅]⁻.

Способы координации

Хелатный комплекс EDTA⁴⁻

Лиганды с дентатностью больше двух способны образовывать хелатные комплексы (греч. χηλή — коготь) — комплексы, где центральный атом включен в один или более циклов с молекулой лиганда. Такие лиганды называются хелатирующими. Как пример можно привести комплексы тетрааниона той же EDTA, обратив внимание, что несколько из четырёх связей M—O в нём могут формально являться ионными.

При образовани хелатных комплексов часто наблюдается хелатный эффект — большая их стабильность по сравнению с аналогичными комплексами не-хелатирующих лигандов. Он достигается за счет большего экранирования центрального атома от замещающих воздействий и энтропийного эффекта. Например, константа диссоциации аммиачного комплекса кадмия [Cd(NH₃)₄]²⁺ почти в 1500 раз меньше, чем комплекса с этилендиамином [Cd(en)₂]²⁺. Причина этого заключается в том, что при взаимодействии гидратированного иона кадмия(II) с этилендиамином две молекулы лиганда вытесняют четыре молекулы воды. При этом число свободных частиц в системе значительно возрастает, и энтропия системы возрастает (а внутренняя упорядоченность комплекса соответствено растёт). То есть причина хелатного эффекта — увеличение энтропии системы при замещении монодентатных лигандов полидентатнымии и, как следствие, снижение энергии Гиббса.^[2]

Порфириновый цикл

Среди хелатирующих лигандов можно выделить класс макроциклических лигандов — молекул с достаточным для помещения атома комплексообразователя размером внутрициклического пространства. Примером таких соединений могут служить порфириновые основания — основы важнейших биохимических комплексов, таких, как гемоглобин, хлорофилл и бактериохлорофилл. Также в качестве макроциклических лигандов могут выступать краун-эфиры, каликсарены и др.

Лиганды также могут являться мостиковыми, образуя связи между различными центральными атомами в би- или полиядерных комплексах. Мостиковые лиганды обозначаются греческой буквой μ (мю).

Примечания

↑ Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Часть 4. — М.:: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. — 726 с.
↑ Г. П. Жмурко, Е. Ф. Казакова, В. Н. Кузнецов, А. В. Ященко «Общая химия» под редакцией профессора С. Ф. Дунаева, Академия, 2011. — 240 с.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Гемоглобин связывание - Справочник химика 21

Активация молекулярного кислорода за счет комплексообразования имеет большое биохимическое значение. Классическим примером является присоединение кислорода к гемоглобину (см. стр. 625). Образование комплексов с участием молекул N2 в качестве лигандов играет важную роль при фиксации атмосферного азота клубеньковыми растениями, а также в процессе каталитического синтеза аммиака. По-видимому, в естественных условиях (обычные температура и давление) биохимическое связывание атмосферного азота осуществляется с участием комплексов Ре и Мо. [c.464]
Часто вместо уравнения (7.69) связывание кислорода гемоглобином описывают уравнением Хилла [c.233]

Гемы входят в состав гемоглобина, выполняющего в организме функцию переносчика кислорода. Активным центром в процессе связывания кислорода является атом железа (II) гема. Процесс присоединения кислорода обратим в легких, где парциальное давление кислорода высокое,, молекула Од присоединяется к атому железа, а в тканях, где парциальное давление кислорода низкое, кислород освобождается. [c.587]

Молекула гемоглобина человека, подобно гемоглобину других млекопитающих, состоит из четырех полипептидных цепей (каждая из которых содержит одну гем-группу) и способна обратимо присоединять четыре молекулы кислорода. Уже много лет назад было показано, что равновесное связывание кислорода гемоглобином описывается S-образной кривой, приведенной на рис. 15.12, которая отличается от аналогичной кривой для миоглобина. Для миоглобина, содержащего одну гем-группу в молекуле, следует ожидать кривую равновесия, отвечающую реакции [c.440]

Рассмотрим теперь вопрос о природе кооперативного связывания кислорода с тетрамерной ( 2 2) молекулой гемоглобина (разд. Г.8) и физиологическое значение этого процесса [65]. Полипептидная цепь [c.304]

Выход из тупика в третий раз оказался возможен благодаря процессам координационной химии. Появились такие молекулы, состоящие из железа, порфирина и белка, в которых железо могло связывать молекулу кислорода, не окисляясь при этом. Окисление Ре(П) после первой стадии связывания в них не осуществляется. Кислород просто переносится в различные участки организма, чтобы высвободиться при надлежащих условиях-кислотности и недостатке кислорода. Одна из таких молекул, гемоглобин, [c.260]

Далее, путем модификации остатка пропионовой кислоты в боковой цепи порфиринового кольца был введен второй имидазольный лиганд, соответствующий проксимальному гистидину природных переносчиков кислорода. Интересно, что все структурные элементы активного центра миоглобина или гемоглобина, которые существенны для связывания кислорода, присутствуют [c.368]

Изменение конформации полипептидных цепей гемоглобина при связывании кислорода — пример так называемой аллостерии. Известны аллостерические формы и у других белков, преимущественно у фермен- [c.443]

Связывание кислорода гемоглобином можно описать математически следующим набором равновесий, где НЬ обозначает молекулу гемоглобина, которая может присоединять четыре молекулы кислорода [c.232]

Посттрансляционные события при синтезе гемоглобина — связывание гемов с субъединицами глобина и объединение субъединиц в молекулы при синтезе коллагена — окисление некоторых остатков пролина в оксипролин, объединение цепей в молекулы тропоколлагена, в фибриллы и коллагеновые волокна при синтезе протромбина — карбоксилирование некоторых остатков аминокислот (глутамата). [c.326]

Зависимость степени насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления кислорода должна описываться несколько другим уравнением, как это видно из рис. 7.5. Особенностью кривой для гемоглобина является то, что по мере связывания молекул кислорода сила связи кислорода с гемоглобином не уменьшается, как в большинстве равновесий, включающих последовательно связываемые лиганды (в данном случае молекулы кислорода), а увеличивается. Эта особенность имеет огромное физиологическое значение, поскольку оксигемоглобин диссоциирует с выделением кислорода в значительно более узком интервале [c.231]

Четыре субъединицы гемоглобина удерживаются вместе в результате слабого взаимодействия между комплементарными поверхностями (см. разд. 15.5 и рис. 15.13, на котором показаны только две субъединицы из четырех). Комплементарность частично нарушается при связывании одной молекулы кислорода и снова восстанавливается при связывании второй молекулы кислорода. Различием в энергии взаимодействия между комплементарными поверхностями и объясняется более низкое значение константы связывания для первой молекулы кислорода и более высокое — для второй. [c.442]

Если гемоглобин и миоглобин —это единоличные представители, участвующие в процессе Оз-поглощения, то цитохромы и хлорофиллы представлены несколькими десятками соединений каждой группы. Цитохромы варьируются в незначительной степени от строения порфиринового цикла и в большей степени — от полипептидного окружения от их количества, строения и способа связывания с гемом — ковалентное или нековалентное). Хлорофиллы различаются между собой степенью гидрирования порфиринового цикла и набором заместителей при ном [c.265]

Связывание кислорода гемоглобином демонстрирует особые свойства, которые может проявлять белок в реакциях присоединения. В отличие от большинства реакций с участием малых молекул сродство белка к лиганду может возрастать по мере присоединения все новых молекул лиганда. [c.211]

Приведенные выше биохимические равновесия включали небольшие молекулы, однако во многих таких равновесиях участвуют макромолекулы, например белки и нуклеиновые кислоты. В качестве примера рассмотрим связывание кислорода гемоглобином. [c.231]

СВЯЗЫВАНИЕ КИСЛОРОДА МИОГЛОБИНОМ И ГЕМОГЛОБИНОМ [c.231]

Другой широко распространенный наркотик —микоти (разд. 7.8.1.5). Этот алкалоид из табака чаще всего поступает в организ(м при вдыхании табачного дыма от сигарет, сигар, трубки. Он очень ядовит, особенно если попадает непосредственно в кровь. Курение оказывает возбуждающее действие, но с другой стороны, вредно влияет на организм человека так, например, никотин неблагоприятно действует на слизистую оболочку желудка и на кровообращение, поскольку в крови курильщика часть гемоглобина постоянно блокирована связыванием оксида углерода. Кроме того, твердо установлено, что рак легких у курящих встречается гораздо чаще, чем у некурящих. [c.341]

Многие металлопротеиды содержат особые металл-связывающие простетические группы, примером которых может служить порфириновая группа в гемоглобине (рис. 10-1). Иногда специфический центр связывания создается кластерами из карбоксильных, имидазольных или других групп. В качестве одного из лигандов в некоторых белках может выступать МН-группа пептидной связи, которая утратила протон. Небольшие пептиды реагируют с ионами Си +, образуя комплексы [30, 31] в некоторых из них ион меди ковалентно связан с азотом амидной группы [уравнение (4-38), стадия б]. [c.268]

Донорно-акцепторное взаимодействие подразумевает комплементарную пространственную упорядоченность центров связывания в доноре и акцепторе. Поэтому в любом синтетическом до-норно-акцепторпом комплексе центры связывания (полярные и дипольные) и стерические барьеры должны быть локализованы определенным образом, чтобы структуры обоих компоиентов соответствовали друг другу. Свойства существующих в природе акцепторов, мицелл и циклодекстринов рассмотрены в следующих разделах данной главы. Простетические группы гемоглобина, хлорофилла или витамина В12 также принадлежат к этой категории, поскольку селективно связывают ионы железа, магния и кобальта. [c.267]

Наконец, следует напомнить, что железо, связанное с порфи-рииом (гем), находится в ферросостоянии. Процесс связывания кислорода гемоглобином обратим, причем молекула кислорода и атом лелеза находятся в стехиометрическом соотношении 1 1 и не происходит окисления Ре(П) до Ре(П1). Исследованию такого обратимого связывания молекулярного кислорода с Ре(П) в геме уделено очень большое внимание. Способность гема обратимо связывать кислород, проявляется при его включении в большую белковую структуру. Одиако если гем извлечь из белка и поместить в раствор при комнатной температуре, молекулярный кислород необратимо окисляет железо до феррисостояния Ре(П1). [c.361]

Близость порфирииовой системы к определенным остаткам пептидной цепи гемоглобина может стерически препятствовать связыванию СО или О2 с Ре(П). Чтобы оценить влияние такого стерического эффекта, Трейлор и сотр. разработали два варианта [c.363]

Читателю предоставляется интересная возможность проанализировать, можно ли на основании этого уравнения предсказать слабое кооперативное связывание кислорода гемоглобином миноговых. [c.302]

Железо имеет громадное значение для биологии животных организмов, так как является катализатором дыхательных процессов. Организм взрослога человека содержит около 4 г Ре, из которых приблизительно 60% входит в состав гемоглобина. Основной функцией этой доли железа является связывание молекулярного кислорода и перенос его в ткани. Последние, в свою очередь, содержат органические соединения Ре, катализирующие процессы дыхания в клетках. Из отдельных частей организма наиболее богаты железом печень и селезенка. Ежедневная потребность человека в железе составляет около I мг для мужчин или 2 мг для женщин и полностью покрывается обычной пищей. В больших дозах растворимые соединения железа ядовиты (соли Ре" более, чем соли Ре" ). [c.443]

Из1вестно, что в одном конформационном состоянии фермент лучше связывается с субстратом, чем в другом. Этот простой факт, а также тенденция мономеров белков ассоциировать приводит к ряду интересных эффектов, природа которых долгое время оставалась загадкой для ученых. Сейчас мы знаем, что кооперативные изменения конформации в олигомерных белках лежат в основе многих важных аспектов регуляции активности ферментов и метаболизма. Эти изменения вносят элемент кооперативности в связывание малых молекул (например, кислорода гемоглобином), а также субстратов и регуляторных молекул с ферментами. Вполне возможно, что многие фундаментальные свойства живых организмов непосредственно связаны с кооперативными изменениями в фибриллах, мембранах и других структурах клетки. По этим причинам было бы весьма полезно рассмотреть этот вопрос (в частности, его количественную сторону) более подробно. [c.297]

Sepharose L-4B активировали окислением в 0,2 М NalO в течение часа в темноте. Для связывания с окисленной сефарозой гемоглобин переводили в форму цианметгемоглобина действием феррицианида и цианистого калия. Ковалентное связывание в присутствии NaBHнацело — до концентрации 5 мг на 1 мл сорбента. 100 мл плазмы крови, содержащей до [c.414]

Кооперативность связывания кислорода с гемоглобином была открыта очень давно, и, несмотря на это, важность данного явления недооценивали. Оно вновь привлекло к себе широкое внимание в 1965 г., когда Moho, Уаймен и Шанжё [33] описали его математически. Поскольку для многих случаев предложенная авторами модель является сильным упрощением, ниже мы остановимся на более общем подходе к этому вопросу, разработанном Кошландом [60—62]. [c.297]

Рассмотренные выще механизмы способны описывать многие сложные эффекты, и кинетическое уравнение может иметь очень сложную форму. Но в общем случае концентрация [ЕЗ] не может возрастать быстрее, чем растет [3]. Однако при некоторых экспериментальных условиях субстраты или ингибиторы оказывают большее влияние на концентрацию комплекса. Другими словами, получаются 3-образные кривые типа кривой связывания кислорода гемоглобином (разд. 7.13). В особенности это относится к ферментам, играющим важную роль в регулировании обмена веществ. Подобные кооперативные эффекты встречаются в случае ферментов с несколькими активными центрами, поскольку кооперативный эффект подразумевает возрастание сродства второго активного центра к субстрату, когда первый центр занят. Как и в случае гемоглобина, взаимодействия такого типа сопровождаются структурными изменениями. Согласно модели Моно — Шанжо — Ваймана, фермент с несколькими активными центрами может находиться по крайней мере в двух состояниях. Это, вероятно, слишком упрощенная картина, но два является минимальным числом состояний, необходимым для объяснения наблюдаемых эффектов. Предполагается, что в обоих состояниях конформации всех субъединиц одинаковы. Воздействующая на систему молекула (эффектор), которая может быть молекулой субстрата, смещает равновесие в сторону одного или другого из этих двух состояний. Если эффектор смещает равновесие в направлении увеличения скорости реакции, то такой эффектор называется активатором. Если же его действие приводит к снижению скорости реакции, то он называется ингибитором. Как и в случае гемоглобина, воздействие усиливается тем, что одна молекула эффектора оказывает влияние на несколько каталити-21 [c.323]

Если в случае дезоксигемо-глобина никакой заметной диссоциации тетрамера на субъединицы не наблюдается, то оксиге-моглобин слабо диссоциирует на ар-димеры (/С = 2-10- ). Вопросу связывания гемоглобинов с кислородом посвящено огромное [c.306]

Рассмотрим случай, когда константа Къв очень мала и Ва легко диссоциирует на мономеры. Тогда присоединение X приведет к диссоциации димера. Хорошо известным примером белка такого рода может служить гемоглобин миноговых, который представляет собой димер и после связывания кислорода диссоциирует на мономеры [64]. В этом случае уравнение (4-49) сводится к такому виду [c.302]

Кооперативный характер связывания О2 гемоглобином иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 4-18. Значение мхилл [уравнение (4-35) зависит от условий и может достигать трех. Физиологическое значение кооперативного связывания ясно. В капиллярах легких при парциальном давлении кислорода, равном 100 мм рт. ст., гемоглобин почти полностью насыщен кислородом, однако когда эритроциты проходят через капилляры тканей, потребляющих кислород, его парциальное давление падает примерно до 5 мм рт. ст. Кооперативность приводит к [c.305]

Каким образом присоединение О2 к гемовому железу вызывает конформационное изменение гемоглобина Как указано в гл. 10 (разд. Б.4), при связывании с кислородом атом железа в геме, по-видимому, смещается в плоскости гемогруппы приблизительно на 0,06 нм [73]. Это смещение передается через гистидин F-8, и спираль F смещается в сторону гема в результате происходит изменение третичной структуры, приводящее к ослаблению водородных связей в области а1р2-контактов и солевых мостиков между субъединицами. Несмотря на тщательные рентгеноструктурные исследования, детали механизма, инициирующего конформационные изменения при присоединении О2, остаются неясными. Необходимо иметь в виду, что разрешение, которое удается получить при рентгеноструктурном исследовании кристаллов белков, позволяет установить локализацию легких атомов с достаточной точностью, в результате чего механизм передачи кооперативных эффектов не поддается непосредственному изучению и его приходится выяснять, исходя из изменений третичной структуры субъединиц при атшеплении лиганда от Р(т. е. окси-)- или при присоединении его [c.307]

РИС. 4-19. Г. Дифференциальная карта, показывающая изменение электронной плоти остп при связывании гемоглобина с 2,3-дифосфоглицератом (ДФГ) (светлые контуры), наложена на карту, изображенную на рнс. 4-19, В. Области, где электронная плотность увеличивается, обведены сплошными светлыми линиями и обозначены заглавными буквами области, где электронная плотность уменьшается, обведены светлыми пунктирными линиями и обозначены прописными буквами. Молекула ДФГ с усредненной симметрией наложена на карту таким образом, чтобы она совпала с областью максимального увеличения электронной плотности на осп 2-го порядка. Наличие двух пар областей с увеличенной и уменьшенной электронной плотностью, обозначенных через Р1, р1 н Р2, р2, показывает, что прн связывании гемоглобина с ДФГ N-концевые а-амнногруппы и гистидины Н-21 перемещаются внутрь структуры. Сильное уменьшение электронной плотности в области р4 указывает на то, что [c.311]

Гемоглобин — одна из мишеней коронавируса COVID-19

Перевод на русский язык компании Logrus Global: https://logrusglobal.ru

COVID-19: атакует 1-бета-цепь гемоглобина и захватывает порфирин, чтобы ингибировать метаболизм человеческого гема.

14 апреля 2020 г.

Скачать PDF-версию

Авторы: Вэньчжун Лю^1,2,*, Хуалань Ли²

¹ Факультет информатики и инженерии, Сычуаньский инженерно-технический университет, Цзыгун, 643002, Китай;
² Факультет медико-биологической и пищевой промышленности, Ибиньский университет, Ибинь, 644000, Китай;
^* Адрес для переписки: [email protected].

Конспект

Новая коронавирусная пневмония (COVID-19) представляет собой контагиозную острую респираторную инфекцию, вызванную новым коронавирусом. Этот вирус представляет собой РНК-вирус с позитивной полярностью цепи, имеющий высокую степень гомологии с коронавирусом летучей мыши. В этом исследовании для сравнения биологических ролей некоторых белков нового коронавируса использовали анализ консервативных доменов, гомологическое моделирование и молекулярную стыковку. Результаты показали, что белок ORF8 и поверхностный гликопротеин могут связываться с порфирином. В то же время белки orf1ab, ORF10 и ORF3a могут координированно атаковать гем, находящийся на 1-бета-цепи гемоглобина, что приводит к отщеплению железа с образованием порфирина. В результате такой атаки количество гемоглобина, который может переносить кислород и углекислый газ, становится все меньше и меньше. Клетки легких испытывают чрезвычайно сильное отравление и воспаление из-за невозможности обеспечения интенсивного обмена углекислым газом и кислородом; в конечном итоге изображения ткани легких принимают вид матового стекла. Этот механизм также нарушает нормальный анаболический путь гема в организме человека, что, как ожидается, приводит к развитию заболевания. Согласно валидационному анализу полученных результатов, хлорохин может предотвратить атаку белков orf1ab, ORF3a и ORF10 на гем с образованием порфирина и в определенной степени ингибировать связывание ORF8 и поверхностных гликопротеинов с порфиринами, эффективно облегчая симптомы респираторного дистресса. Поскольку способность хлорохина ингибировать структурные белки не слишком велика, терапевтический эффект для разных людей может быть различным. Фавипиравир может ингибировать связывание белка оболочки и белка ORF7a с порфирином, предотвращать проникновение вируса в клетки-хозяева и может связывать свободный порфирин. Данная работа предназначена только для научного обсуждения, правильность выводов должна быть подтверждена другими лабораториями. В связи с побочными действиями таких препаратов, как хлорохин, и возможностью аллергических реакций на них, обращайтесь к квалифицированному врачу для получения подробной информации о лечении и не принимайте препарат самостоятельно.

Ключевые слова: новый коронавирус; респираторный дистресс; вид матового стекла изображения легкого; гликопротеин E2; ОRF8; оrf1ab; хлорохин; кровь; диабетический; флуоресцентный резонансный энергоперенос; древний вирус; цитокиновый шторм.

1. Введение

Новая коронавирусная пневмония (COVID-19) — контагиозное острое респираторное инфекционное заболевание. Пациенты с коронавирусной пневмонией страдают от лихорадки с температурой выше 38 градусов с такими симптомами, как сухой кашель, усталость, одышка, затрудненное дыхание, при визуализации легких они имеют вид матового стекла^1-3. При морфологическом исследовании образцов тканей можно обнаружить большое количество слизи без явных вирусных включений. Эта пневмония была впервые обнаружена в декабре 2019 года на южнокитайском рынке морепродуктов провинции Хубэй, Китай⁴. Инфекция имеет высокую контагиозность^5,6. Сейчас количество инфицированных людей достигло десятков тысяч по всему миру, и распространение инфекции не ограничено расой и границами. Исследователи провели тесты на выделение вирусов и секвенирование нуклеиновых кислот, чтобы подтвердить, что заболевание было вызвано новым коронавирусом^7,8. Отмечено, что нуклеиновая кислота нового коронавируса представляет собой РНК с позитивной полярностью цепи⁸. Его структурные белки включают: белок-шип (S), белок оболочки (E), мембранный белок (M) и нуклеокапсидный фосфопротеин. Транскрибируемые неструктурные белки включают: orf1ab, ORF3a, ORF6, ORF7a, ORF10 и ORF8. Новый коронавирус высоко гомологичен коронавирусу летучих мышей^9,10 и обладает значительной гомологией по отношению к вирусу SARS^11,12. Исследователи изучили функцию структурных белков и некоторых неструктурных белков нового коронавируса^13,14. Но новый коронавирус обладает целым набором потенциальных геномных характеристик, часть которых в основном является причиной вспышки в человеческой популяции^15,16. Например, CoV EIC (белок оболочки коронавируса с функцией ионного канала) участвует в модулировании высвобождения вириона и взаимодействия «CoV — хозяин»¹⁷. Шип-белки, белки ORF8 и ORF3a значительно отличаются от белков других известных SARS-подобных коронавирусов, и они могут вызывать более серьезные различия в патогенности и передаче по сравнению с известными для SARS-CoV¹⁸. Более ранние исследования показали, что новый коронавирус проникает в эпителиальные клетки с использованием шип-белка, взаимодействующего с рецепторным белком ACE2 человека на поверхности клетки, что и вызывает инфекцию у людей. Однако структурный анализ шип-белка (S) нового коронавируса показывает, что белок S лишь слабо связывается с рецептором ACE2 по сравнению с коронавирусом SARS¹⁹. Из-за ограничений существующих экспериментальных методов специфические функции вирусных белков, таких как ORF8 и поверхностный гликопротеин, до сих пор неясны. Механизм патогенности нового коронавируса остается загадочным²⁰.

В литературе²¹ описаны показатели биохимического исследования 99 пациентов с вызванной новым коронавирусом пневмонией, и в этом отчете отражены аномалии связанных с гемоглобином показателей биохимических анализов пациентов. Согласно отчету, количество гемоглобина и нейтрофилов у большинства пациентов снизилось, а индексные значения сывороточного ферритина, скорости оседания эритроцитов, С-реактивного белка, альбумина и лактатдегидрогеназы у многих пациентов значительно возросли. Эти изменения предполагают, что содержание гемоглобина у пациента уменьшается, а гема увеличивается, и организм будет накапливать слишком много вредных ионов железа, что вызовет воспаление в организме и увеличит уровни С-реактивного белка и альбумина. Клетки реагируют на стресс, вызванный воспалением, производя большое количество сывороточного ферритина для связывания свободных ионов железа, чтобы уменьшить повреждения. Гемоглобин состоит из четырех субъединиц, 2-α и 2-β, и каждая субъединица имеет железосодержащий гем^22,23. Гем является важным компонентом гемоглобина. Это порфирин, содержащий железо. Структура без железа называется порфирином. Когда железо находится в двухвалентном состоянии, гемоглобин может отщеплять углекислый газ и связывать атомы кислорода в альвеолярных клетках, при этом железо окисляется до трехвалентного уровня. Когда гемоглобин становится доступен другим клеткам организма через кровь, он может высвобождать атомы кислорода и присоединять углекислый газ, а железо восстанавливается до двухвалентного.

Особо эффективных лекарств и вакцин для борьбы с болезнью, вызванной новым коронавирусом, не существует²⁴. Однако в недавних поисках клинических методов лечения было обнаружено несколько старых препаратов, которые могут подавлять некоторые функции вируса, например, хлорохина фосфат оказывает определенное влияние на новую коронавирусную пневмонию²⁵. Хлорохина фосфат — это противомалярийный препарат, который применяется в клинике уже более 70 лет. Эксперименты показывают, что эритроциты, инфицированные возбудителем малярии, могут накапливать большое количество хлорохина. Препарат приводит к потере фермента гемоглобина и смерти паразита из-за недостаточности аминокислот для его роста и развития. Предполагается, что терапевтический эффект хлорохина фосфата в отношении новой коронавирусной пневмонии может быть тесно связан с аномальным метаболизмом гемоглобина у человека. Между тем мы можем отметить, что хлорохин также широко используется для лечения порфирии^26,27.

Поэтому мы предположили, что присоединение вирусных белков к порфиринам вызовет ряд патологических реакций у человека, таких как снижение уровня гемоглобина. Из-за тяжелой эпидемии и существующих условий с ограниченными экспериментальными методами тестирования функций белков большое научное значение имеет анализ функции белков нового коронавируса методами биоинформатики.

В этом исследовании для анализа функций белков, связанных с вирусом, использовались методы прогнозирования консервативных доменов, гомологического моделирования и молекулярной стыковки. Это исследование показало, что белок ORF8 и поверхностный гликопротеин способны объединяться с порфирином с образованием комплекса, в то время как белки orf1ab, ORF10, ORF3a скоординировано атакуют гем на 1-бета-цепи гемоглобина и отщепляют железо с образованием порфирина. Этот механизм вируса подавляет нормальный метаболический путь гема и приводит к проявлению у людей симптомов заболевания. Основываясь на результатах вышеупомянутых исследований, с помощью технологии молекулярной стыковки мы также проверили то, каким образом хлорохина фосфат и фавипиравир могут быть полезны в клинической практике.

2. Материалы и методы

2.1. Набор данных

Следующие последовательности белка загружали из NCBI: все белки нового коронавируса Ухань, гем-связывающий белок; гемоксидаза; для анализа консервативного домена использовали белковые последовательности.

Все белки нового коронавируса Ухань также использовали для конструирования трехмерных структур путем гомологического моделирования.

В то же время следующие файлы были загружены из базы данных PDB: кристаллическая структура MERS-CoV nsp10_nsp16 комплекс--5yn5, гем, оксигемоглобин человека 6bb5; дезоксигемоглобин человека 1a3n; 0TX; Rp. Комплекс MERS-CoV nsp10_nsp16--5yn5 использовался для гомологического моделирования. Гем, 0TX и 1RP использовались для молекулярной стыковки. Два оксигемоглобин был использован для стыковки белков.

2.2. Блок-схема биоинформационного анализа

На основе опубликованных в данном исследовании биологических белковых последовательностей была проведена серия биоинформационного анализа. Этапы показаны на рисунке 1:1. Консервативные домены вирусных белков анализируются^28-30 онлайн-сервером МЕМЕ. Консервативные домены использовались для прогнозирования функциональных различий вирусных белков и белков человека. 2. Трехмерная структура вирусных белков была построена путем гомологического моделирования в средстве Swiss-model^31,32. Если длина последовательности превышала 5000 нуклеотидов, использовался инструмент гомологического моделирования Discovery-Studio 2016. 3. Использование технологии молекулярной стыковки (инструмент LibDock) Discovery-Studio 2016³³ позволило смоделировать рецептор-лигандное соединение вирусных белков с гемом человека (или порфиринами). С учетом результатов биоинформационного анализа была построена модель жизненного цикла вируса и предложена соответствующая молекулярная картина заболевания.

Рисунок 1. Блок-схема биоинформационного анализа.

Рабочий процесс основан на эволюционных принципах. Хотя биологическая последовательность, характерная для развитых форм жизни и вируса, отличается, молекулы с аналогичными структурами всегда могут играть аналогичные биологические роли. В методе гомологического моделирования используется принцип, согласно которому аналогичная первичная структура белковых последовательностей имеет аналогичную пространственную структуру. Метод молекулярной стыковки построен на гомологическом моделировании реальных трехмерных молекул.

2.3. Анализ консервативного домена

MEME Suite — это онлайн-сайт, который объединяет множество инструментов прогнозирования и описания мотивов. Алгоритм максимального ожидания (EM) является основой для идентификации мотива на сайте MEMЕ. Мотив представляет собой консервативный домен небольшой последовательности в белке. Модели, основанные на мотивах, помогают оценить надежность филогенетического анализа. После открытия онлайн-инструмента MEME интересующие белковые последовательности объединяют в текстовый файл, при этом сохраняется формат файла .fasta. Затем выбирают нужное количество мотивов и нажимают кнопку «Перейти». В конце анализа консервативные домены отображаются после нажатия на ссылку.

2.4. Гомологическое моделирование

SWISS-MODEL — это полностью автоматический сервер гомологического моделирования структуры белка, доступ к которому можно получить через веб-сервер. Первый шаг — войти на сервер SWISS-MODEL, ввести последовательность и нажать Search Template («Поиск шаблона»), чтобы выполнить простой поиск шаблона. После завершения поиска можно выбрать шаблон для моделирования. Поиск шаблонов выполняется нажатием кнопки Build Model, и модель шаблона выбирается автоматически. Как видно, было найдено несколько шаблонов, а затем построено множество моделей. Здесь выбирается только модель. Модель в формате PDB загружается и визуализируется в VMD. SWISS-MODEL моделирует только белковые модели, соответствующие последовательностям менее 5000 нуклеотидных оснований. Для моделирования белка, соответствующего последовательности более 5000 нуклеотидов, можно использовать инструмент гомологического моделирования Discovery-Studio.

Перед использованием Discovery-Studio для гомологического моделирования неизвестного белка (такого, как orf1ab) файл структуры pdb матричного белка, такого как MERS-CoVnsp10_nsp16 комплекс 5yn5, должен быть загружен из базы данных PDB. Затем для сопоставления гомологичных последовательностей белков 5yn5 и orf1ab был применен инструмент сопоставления последовательностей Discovery-Studio. Затем был построен файл пространственной структуры orf1ab на основе матричного белка 5yn5.

2.5. Технология молекулярной стыковки

Молекулярная стыковка — это процесс нахождения наилучшего соответствия между двумя или более молекулами посредством определения геометрического и энергетического соответствия. Этапы использования молекулярной стыковки LibDock с Discovery-Studio следующие:

1. Подготовка модели лиганда. Откройте файл лиганда, например, гема, и нажмите кнопку Prepare Ligands («Подготовка лигандов») в подменю Dock Ligands («Док-лиганды») меню Receptor-Ligand Interactions («Взаимодействие рецептор-лиганд»), чтобы создать модель лиганда гема для стыковки. Сначала удалите FE (атом железа) из гема, а затем нажмите кнопку Prepare Ligands («Подготовка лигандов»), после чего будет сгенерирована модель лиганда порфирина. При открытии 0 XT снова нажмите кнопку Prepare Ligands («Подготовка лигандов»), чтобы получить модель хлорохинового лиганда.

2. Подготовьте модель белкового рецептора. Откройте файл pdb белка (сгенерированный с помощью гомологического моделирования) и нажмите Prepare protein («Подготовка белка») в подменю Dock Ligands («Док-лиганды») меню Receptor-Ligand Interactions («Взаимодействие рецептора с лигандом»), чтобы создать модель рецептора белка для стыковки.

3. Установите параметры стыковки для ее достижения. Выберите модель генерируемого белкового рецептора. В подменю Define and Edit Binding Site («Определение и редактирование сайта связывания») в меню Receptor-Ligand Interactions («Взаимодействие рецептора с лигандом») нажмите кнопку From receptor Cavities («Из полостей рецептора»). На диаграмме модели рецептора белка появляется красная сфера. После щелчка правой кнопкой мыши по красному шару можно изменить его радиус. Затем в меню Receptor-Ligand Interactions («Взаимодействие рецептора с лигандом») выберите Dock Ligands (LibDock) («Док-лиганды LibDock») в подменю Dock Ligands («Док-лиганды»). Во всплывающем окне выберите лиганд в качестве вновь созданной модели лиганда (ALL) и выберите рецептор в качестве вновь созданной модели рецептора (ALL), а для сфер сайтов задайте только что установленные координаты сфер. Наконец, нажмите RUN («Выполнить»), чтобы начать стыковку.

4. Рассчитайте энергию связывания и выберите положение с наибольшей энергией связывания. После завершения стыковки будет отображено множество местоположений лиганда. Откройте окно стыковки и нажмите кнопку Caculate Binding Energies («Рассчитать энергии связывания») в подменю Dock Ligands («Док-лиганды») меню Receptor-Ligand Interactions («Взаимодействие рецептора с лигандом»). Во всплывающем окне выберите рецептор в качестве значения по умолчанию, лиганд в качестве стыкуемой модели (ALL), а затем запустите вычисление энергии связывания. Наконец, сравните энергию связывания и выберите положение с наибольшей энергией связывания. Чем выше стабильность комплекса, тем больше энергия связывания.

5. Экспортируйте вид совместного сечения. Для вида в состоянии стыковки после установки стиля отображения области связывания нажмите кнопку Show 2D Map («Показать 2D-карту») в подменю View Interaction («Просмотр взаимодействия») меню Receptor-Ligand Interaction («Взаимодействие между рецептором и лигандом»), чтобы открыть вид участка связывания. Это представление может быть сохранено в виде файла изображения.

2.6. Технология стыковки белков

ZDOCK от Discovery-Studio — это еще один инструмент молекулярной стыковки для изучения взаимодействий белков. Мы использовали его для изучения атаки гемоглобина вирусными неструктурными белками. Ниже приведено описание стыковки orf1ab и гемоглобина, при изучении стыковки с другими неструктурными белками вируса применяли аналогичные методы стыковки. После открытия PBD-файлов человеческого оксигемоглобина 6bb5 и белка orf1ab нажмите кнопку Dock proteins (ZDOCK) в меню Dock and Analyze Protein Comlexes («Стыковка и анализ белковых комплексов»). Во всплывающем интерфейсе выберите человеческий оксигемоглобин 6bb5 в качестве рецептора, а orf1a в качестве лиганда, а затем нажмите кнопку Run («Выполнить»). После того как компьютер закончит вычисления, нажмите на интерфейс proteinpose («положение белка») и выберите положение и кластер с самым высоким баллом ZDOCK. Так можно получить положение белка orf1ab на человеческом оксигемоглобине 6bb5. Дезоксигемоглобин человека 1a3n имеет сходную схему стыковки с белком orf1ab.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Вирусные структурные белки, связывающие порфирин

У человека гемоглобин может разлагаться на глобин и гем. Гем состоит из порфирина и иона железа, при этом ион железа находится в середине порфирина. Гем нерастворим в воде и может быть объединен с гем-связывающими белками с образованием комплекса и транспортироваться в печень. Порфирин разлагается до билирубина и выводится через желчный проток, а железо, содержащееся в молекуле, может повторно использоваться организмом. Если вирусные белки могут связываться с порфирином гема, они должны обладать связывающей способностью, аналогичной гем-связывающему белку человека, то есть вирусные белки и гем-связывающие белки должны иметь аналогичные консервативные домены. Для изучения связывания структурных белков вируса и порфирина в настоящей работе были применены следующие методы биоинформатики.

Сначала на онлайн-сервере MEME был выполнен поиск консервативных доменов в каждом структурном белке вируса и человеческом гем-связывающем белке (ID:NP_057071.2 гем-связывающий белок 1, ID: EAW47917.1 гем-связывающий белок 2). На рисунке 2 показано, что три вирусных белка (поверхностный гликопротеин, белок оболочки и нуклеокапсидный фосфопротеин) и белки связывания гема имеют консервативные домены, но мембранный гликопротеин не имеет консервативных доменов, p-значения малы, различия статистически значимы. Домены в трех вирусных белках различны, что позволяет предположить некоторое различие способностей структурных белков связывать порфирин. Мембранный гликопротеин не может связываться с порфирином.

Рисунок 2. Консервативные домены в структурных белках и гем-связывающих белках человека. A. Консервативные домены поверхностного гликопротеина. B. Консервативные домены белка оболочки. C. Консервативные домены мембранного гликопротеина. D. Консервативные домены нуклеокапсидного фосфопротеина.

Затем онлайн-сервер Swiss-model смоделировал поверхностные гликопротеины для получения трехмерной структуры, и были выбраны два вида файлов на основе шаблонов Spike и E2. 3D-структурный файл гема был загружен из базы данных PDB.

В конце концов Discovery-Studio реализовала молекулярную стыковку поверхностных гликопротеинов и порфирина. Сначала не удалось стыковать белок-шип с гемом (и порфирином). Гликопротеин Е2 (рисунок 3.A) получен из матриц 1zva.1.A. Стыковка гликопротеина Е2 и гема также была безуспешной. Когда удалили ион железа и гем стал порфирином, удалось выполнить множество видов стыковки между гликопротеином E2 и порфирином. После вычисления энергии связывания за результат была принята позиция стыковки с самой высокой энергией связывания (7 530 186 265,80 ккал/моль). Результат стыковки показан на рисунке 4.A-1, где представлена молекулярная модель связывания гликопротеина E2 с порфирином.

На рисунке 4.A-2 представлен двухмерный вид участка связывания, в котором 18 аминокислот гликопротеина Е2 взаимодействуют с порфирином.

При анализе белка оболочки использовались те же методы. Шаблон 5x29.1. A был выбран в качестве шаблона 3D-структуры белка оболочки (рисунок 3.B). Discovery-Studio обнаружила несколько видов стыковки белка оболочки и порфирина, где было выбрано положение стыковки с самой высокой энергией связывания (219 317,76 ккал/моль). На рисунке 4.B-1 показан результат стыковки, представляющий собой молекулярную модель связывания белка оболочки с порфирином. Рисунок 4.В-2 представляет двухмерный вид участка связывания, в котором 18 аминокислот белка оболочки взаимодействуют с порфирином.

Те же методы использовались для анализа нуклеокапсидного фосфопротеина. В качестве шаблона фосфопротеина нуклеокапсида использовали 1ssk.1.А (рисунок 3.С). Discovery-Studio позволила выявить вариант стыковки между нуклеокапсидным фосфопротеином и порфирином с самой высокой энергией связывания (15 532 506,53 ккал/моль). На рисунке 4.С-1 показан результат стыковки, представляющий собой молекулярную модель связывания нуклеокапсидного фосфопротеина с порфирином. На рисунке 4.C-2 представлен двухмерный вид связывающего участка, где 22 аминокислоты нуклеокапсидного фосфопротеина связаны с порфирином. Мембранный белок получен из шаблонов 1zva.1.A. Состыковать мембранный белок с гемом (и порфирином) не удалось. Полученные результаты свидетельствуют, что поверхностный гликопротеин, белок оболочки и нуклеокапсидный фосфопротеин могут связываться с порфирином с образованием комплекса.

Было обнаружено, что энергия связывания белка оболочки была самой низкой, энергия связывания гликопротеина Е2 была самой высокой, а энергия связывания нуклеокапсидного фосфопротеина была средней. Это означает, что связывание гликопротеина Е2 с порфирином является наиболее стабильным, связывание нуклеокапсидного фосфопротеина с порфирином является неустойчивым, а связывание белка оболочки с порфирином является наиболее неустойчивым.

После этого был проведен следующий анализ, чтобы выяснить, атакуют ли структурные белки гем с отщеплением атома железа и образованием порфиринов. Гем имеет оксидазу, называемую гемоксидазой, которая окисляет гем и отщепляет ион железа. Если структурные белки могут атаковать гем и отщеплять ионы железа, они должны иметь такой же консервативный домен, как гемоксидаза. Онлайн-сервер MEME был использован для поиска консервативных доменов структурных белков и белков гемоксидазы (NP_002124.1: гемоксигеназы-1; BAA04789.1: гемоксигеназы-2; AAB22110.2: гемоксигеназы-2). В результате консервативных доменов структурных белков обнаружено не было (рисунок 5). Объединяя этот результат с результатом предыдущего анализа, можно предположить, что структурные белки могут объединяться только с порфирином. Можно сделать вывод, что структурные белки не атакуют гем, вызывая диссоциацию атома железа с образованием порфирина.

Рисунок 3. Трехмерные структурные схемы новых белков коронавируса, полученные с помощью гомологического моделирования. A. Гликопротеин E2 поверхностного гликопротеина. B. Белок оболочки. C. Нуклеокапсидный фосфопротеин. D. Белок orf1ab. E. Белок ORF8. F. Белок ORF7a.

Рисунок 4. Результаты молекулярной стыковки структурных белков вируса и порфирина (красная структура). A. Результаты молекулярной стыковки гликопротеина E2 и порфирина. B. Результаты молекулярной стыковки белка оболочки и порфирина. C. Результаты молекулярной стыковки нуклеокапсидного фосфопротеина и порфирина. 1. Структурные белки вируса. 2. Вид участков связывания.

Рисунок 5. Консервативные домены структурных белков и белков гемоксигеназы человека. A. Консервативные домены поверхностного гликопротеина. B. Консервативные домены белка оболочки. C. Консервативные домены мембраны. D. Консервативные домены нуклеокапсидного фосфопротеина.

3.2. Неструктурные белки вируса, связывающие порфирин

Рисунок 6. Консервативные домены в неструктурных белках и гем-связывающих белках человека. A. Консервативные домены orf1ab. B. Консервативные домены ORF3a. C. Консервативные домены ORF6. D. Консервативные домены ORF7a. E. Консервативные домены ORF8. F. Консервативные домены ORF10.

Гомологическое моделирование и технология молекулярной стыковки были применены для изучения способности белка orf1ab связывать гем. Поскольку Swiss-model не может моделировать 3D-структуру белковой последовательности orf1ab из-за ограничения на длину кодирующей последовательности (не более 5000 нуклеотидов), для гомологического моделирования использовалась программа Discovery-Studio. Кристаллическая структура комплекса MERS-CoV nsp10_nsp16 5yn5 и гема была загружена из базы данных PDB. В этом исследовании кристаллическая структура комплекса MERS-CoV nsp10_nsp16 5yn5 была взята в качестве матрицы для создания гомологичной структуры белка orf1ab. В качестве 3D-структуры белка orf1ab была выбрана гомологичная структура по умолчанию (рисунок 3.D). Затем в программе Discovery-Studio была проведена молекулярная стыковка белка orf1ab и порфирина. Белок orf1ab и гем не удалось состыковать, но после удаления ионов железа и превращения гема в порфирин радиус действия увеличился и несколько типов стыковки удалось довести до конца. Путем вычисления энергии связывания была выбрана модель стыковки с наибольшей энергией связывания (561 571,10 ккал/моль). Результат стыковки показан на рисунке 7.A-1, где представлена молекулярная модель связывания белка orf1ab с порфирином. Связывающая часть белка orf1ab действует как зажим. Именно этот зажим захватывает порфирин без иона железа. На рисунке 7.A-2 показан двухмерный вид участка связывания. Видно, что 18 аминокислот белка orf1ab связаны с порфирином.

Для изучения свойств связывания белка ORF8 с гемом использовались те же этапы анализа, что и для структурного белкового метода. Файл структуры был создан на основе шаблона ORF7 (рисунок 3.E). Было обнаружено несколько видов стыковки белка ORF8 и порфирина, из которых выбрано стыковочное положение, имеющее наибольшую энергию связывания (12 804 859,25 ккал/моль). Результат стыковки (рисунок 7.В-1) представляет собой молекулярную модель связывания белка ORF8 с порфирином. Рисунок 7.В-2 представляет собой двухмерный вид участка связывания, где 18 аминокислот ORF8 связаны с порфирином.

Для анализа белка ORF7a использовались те же методы, что и при анализе белка ORF8. Шаблон ORF7a — 1yo4.1.A (рис. 3.F). Белок ORF7a и порфирин имели наивысшую энергию связывания (37 123,79 ккал/моль). На рисунке 7.С-1 показана молекулярная модель связи ORF7a с порфирином. Пятнадцать аминокислот ORF7a связаны с порфирином (рис. 7.C-2). Связывающая часть белка ORF7a также действует как зажим.

Swiss-модель не может предоставить шаблон для ORF10. ORF6a и ORF3a получены из шаблонов 3h08.1.A и 2m6n.1.A соответственно, но состыковать ORF6a (ORF3a) с гемом и порфирином не удалось.

Рисунок 7. Результаты молекулярной стыковки неструктурных белков вируса и порфирина (красный). A. Результаты молекулярной стыковки белка orf1ab и порфирина. B. Результаты молекулярной стыковки для белка ORF8 и порфирина. C. Результаты молекулярной стыковки белка ORF7a и порфирина. 1. Неструктурные белки вируса. 2. Вид участков связывания.

Наконец, был проведен следующий анализ, чтобы выяснить, могли ли неструктурные белки атаковать гем и отщеплять атом железа с образованием порфиринов. Здесь для анализа консервативных доменов неструктурных белков и белков гемоксидазы использовался тот же метод, что и для предыдущего структурного белка — онлайн-сервер MEME (NP_002124.1: гемоксигеназа-1; BAA04789.1: гемоксигеназа-2; AAB22110.2: гемоксигеназа-2). Как показано на рисунке 8, ORF10, orf1ab и ORF3a имеют консервативные домены. Учитывая результаты предыдущего анализа, можно сказать, что неструктурные белки ORF10, orf1ab и ORF3a могут атаковать гем и отщеплять атом железа с образованием порфирина. Однако р-значение для orf1ab и ORF3a больше, чем 0,1 %. Поэтому ORF10 может быть основным белком, атакующим гем, тогда как orf1ab и ORF3a захватывают гем или порфирин.

Результаты показали, что orf1ab, ORF7a и ORF8 могут связываться с порфирином, в то время как ORF10, ORF3a и ORF6 не могут связываться с гемом (и порфирином). ORF10, ORF1ab и ORF3a также обладают способностью атаковать гем с образованием порфирина. Энергии связывания orf1ab, ORF7a, ORF8 и порфирина сравнивали между собой. Было обнаружено, что энергия связывания ORF7a была самой низкой, энергия связывания ORF8 была самой высокой, а энергия связывания orf1ab была средней. Это означает, что связывание ORF8 с порфирином является наиболее стабильным, связывание orf1ab с порфирином является неустойчивым, а связывание ORF7a с порфирином является наиболее неустойчивым. Последовательности ORF10 и ORF6 короткие, поэтому они должны быть короткими сигнальными пептидами. Следовательно, механизм, с помощью которого неструктурные белки атакуют гем, может быть такой: ORF10, ORF1ab и ORF3a атакуют гем и образуют порфирин; ORF6 и ORF7a отправляют порфирин в ORF8; и ORF8 и порфирин образуют стабильный комплекс.

Рисунок 8. Консервативные домены неструктурных белков и белков гемоксигеназы человека. A. Консервативные домены orf1ab. B. Консервативные домены ORF3a. C. Консервативные домены ORF6. D. Консервативные домены ORF7a. E. Консервативные домены ORF8. F. Консервативные домены ORF10.

3.3. Вирусный неструктурный белок атакует гем на бета-цепи гемоглобина

Порфирины в организме человека — это в основном железосодержащие порфирины, то есть гем. Большая часть молекул гема не свободна, а связана в составе гемоглобина. Для выживания вирусов им требуется большое количество порфиринов. Поэтому новый коронавирус нацелен на гемоглобин, атакует гем и охотится на порфирины. Результаты предыдущего анализа показали, что ORF1ab, ORF3a и ORF10 имеют домены, сходные с гемоксигеназой, но только ORF1ab может связываться с порфирином. Чтобы изучить атакующее поведение белков orf1ab, ORF3a и ORF10, мы использовали технологию молекулярной стыковки ZDOCK. Технология молекулярной стыковки ZDOCK позволяет анализировать взаимодействия белков и находить приблизительные положения этих трех белков на гемоглобине.

Сначала мы загрузили гемоксигеназу 2 (5UC8) из PDB и использовали ее в качестве шаблона, а затем использовали инструмент гомологического моделирования Discovery-Studio для создания трехмерной структуры ORF10 (рисунок 9). Поскольку гемоглобин имеет две формы: окисленную и восстановленную, в приведенном ниже анализе выполнена молекулярная стыковка белков в этих двух случаях, а в качестве результата принята позиция с наивысшей оценкой ZDOCK.

Рисунок 9. Моделирование гомологии ORF10.

На дезоксигемоглобине orf1ab располагается в нижне-среднем участке 1-альфа- и 2-альфа-цепи вблизи 2-альфа-цепи (рисунок 10.A). ORF3a располагается в нижне-среднем участке 1-альфа и 2-альфа-цепи вблизи 2-альфа цепи (рисунок 10.B). ORF10 располагается в нижне-средней части 1-бета- и 2-бета-цепи вблизи 1-бета-цепи (рисунок 10.C). Предполагается следующий механизм: orf1ab атакует 2-альфа-цепь, вызывая изменения конформации белка глобина. Связывание ORF3A с цепью 2-альфа приводит к атаке ею цепи 1-бета, открывающей гем. ORF10 быстро присоединяется к 1-бета-цепи и непосредственно воздействует на гем 1-бета-цепи. Когда атом железа отщепляется, гем превращается в порфирин, и orf1ab получает возможность захватить порфирин. Белок orf1ab играет критически важную роль на протяжении всей атаки.

Рисунок 10. Вирусный неструктурный белок атакует гемоглобин. A. orf1ab атакует дезоксигемоглобин. B. ORF3a атакует дезоксигемоглобин. C. ORF10 атакует дезоксигемоглобин. D. orf1ab атакует окисленный гемоглобин. E. ORF10 атакует окисленный гемоглобин. F. ORF3a атакует окисленный гемоглобин.

На окисленном гемоглобине orf1ab располагается в нижне-средней части альфа- и бета-цепи вблизи альфа-цепи (рисунок 10.A). ORF10 располагается в нижней части бета-цепи, ближе к внешней (рисунок 10.B). ORF3a располагается в нижне-средней части альфа- и бета-цепи и приближен к бета-цепи (рисунок 10.C). Возможный механизм состоит в том, что orf1ab связывается с альфа-цепью и атакует бета-цепь, вызывая конфигурационные изменения в альфа- и бета-цепях; ORF3 атакует бета-цепь и обнажает гем. ORF10 быстро прикрепляется к бета-цепи и непосредственно влияет на атомы железа в геме бета-цепи. Гем после отщепления железа превращается в порфирин, и orf1ab получает возможность захватить порфирин. Белок orf1ab играет ключевую роль на протяжении всей атаки.

Атака вирусных белков на оксигемоглобин приводит к прогрессирующему уменьшению количества гемоглобина, который может переносить кислород. Влияние вирусных белков на дезоксигемоглобин будет еще сильнее уменьшать количество гемоглобина, доступного для переноса диоксида углерода и глюкозы крови. Люди с диабетом могут иметь нестабильный уровень глюкозы крови. Состояние пациента дополнительно ухудшается от отравления диоксидом углерода. Клетки легких испытывают чрезвычайно сильное воспаление из-за невозможности обеспечения интенсивного обмена углекислым газом и кислородом; в конечном итоге изображения ткани легких принимают вид матового стекла. Состояние пациентов с респираторными расстройствами ухудшится.

3.4. Валидация воздействия хлорохина фосфата

Химические компоненты хлорохина фосфата конкурируют с порфирином и связываются с вирусным белком, тем самым ингибируя атаку вирусного белка на гем или связывание с порфирином. Для проверки влияния хлорохина фосфата на молекулярный механизм действия вируса была принята технология молекулярной стыковки. Структурный файл 0TX (хлорохин) был загружен из базы данных PDB. Затем была использована технология молекулярной стыковки Discovery-Studio 2016 для тестирования эффектов вирусных белков и хлорохина.

Рисунок 11.A-1 представляет собой схему связывания хлорохина с поверхностным гликопротеином вируса. На рисунке 11.A-2 показана область связывания вирусного поверхностного гликопротеина. В связывании участвуют 13 аминокислот. Энергия связывания хлорохина с гликопротеином Е2 вируса составляет 3 325 322 829,64 ккал/моль, что составляет около половины энергии связывания гликопротеина Е2 и порфирина. Согласно результатам рис. 4.А-2, дальнейший анализ показал, что некоторые аминокислоты (например, VAL A:952, ALA A:956, ALA B:956, ASN A:955 и др.) гликопротеина Е2 могут связываться не только с хлорохин-фосфатом, но и с порфиринами. Другими словами, хлорохин имеет одну треть шансов ингибировать вирусный гликопротеин E2 и уменьшить симптомы у пациента.

Вид связывания хлорохина и белка оболочки показан на рисунке 11.В-1. Энергия связывания хлорохина и белка оболочки 7852,58 ккал/моль, что эквивалентно лишь 4 % энергии связывания белка оболочки и порфирина. Участок связывания показан на рисунке 11.B-2. На рисунках 4.В-2 и 11.В-2 представлены некоторые аминокислоты (такие, как LEV E:28, PHE: D:20, VAL E:25) белка оболочки, которые связываются не только с хлорохин-фосфатом, но и с порфирином.

Рисунок 11.С-1 представляет собой схему связывания хлорохина с фосфопротеином нуклеокапсида. Энергия связывания хлорохина с нуклеокапсидным фосфопротеином составляет 198 815,22 ккал/моль, что эквивалентно лишь 1,4 % энергии связывания нуклеокапсидного фосфопротеина и порфирина. ALA A:50 и т. д. нуклеокапсида фосфопротеина участвуют в связывании (рисунок 12.C-2). Рисунки 4.C-2 и 11.C-2 свидетельствуют о том, что аминокислоты нуклеокапсидного фосфопротеина могут связывать порфирин, но не могут связывать хлорохин. Стыковка мембранного белка с хлорохином не произошла.

Рисунок 11. Результаты молекулярной стыковки структурных белков вируса и хлорохина (красный). A. Результаты молекулярной стыковки гликопротеина E2 и порфирина. B. Результаты молекулярной стыковки белка оболочки и порфирина. C. Результаты молекулярной стыковки нуклеокапсидного фосфопротеина и порфирина. 1. Структурные белки вируса. 2. Вид участков связывания.

Принципиальная схема связывания хлорохина с белком orf1ab показана на рисунке 12.A-1. Участок связывания белка orf1ab представлен на рисунке 12.A-2. Энергия связывания хлорохина и белка orf1ab составляет 4 584 302,64 ккал/моль, что в 8 раз больше энергии связывания между orf1ab и порфирином. Согласно результатам на рисунке 7.A-2, было показано, что некоторые аминокислоты, такие как MET 7045, PHE 7043, LYS 6836 белка orf1ab, могут быть связаны не только с фосфатом хлорохина, но и с порфирином.

Принципиальная схема связывания хлорохина с белком ORF8 показана на рисунке 12.B-1. На рисунке 12.B-2 показан участок связывания ORF8. Энергия связывания хлорохина с белком ORF8 составляет 4 707 657,39 ккал/моль, что эквивалентно лишь 37 % энергии связывания белка ORF8 с порфирином. Согласно результату, показанному на рисунке 7.B-2, аминокислоты, такие как ILE A: 74, ASP A:75, LYS A: 53 ORF8, могут связываться не только с фосфатом хлорохина, но и с порфирином.

Принципиальная схема связывания хлорохина с белком ORF7a показана на рисунке 12.C-1. На рисунке 12.C-2 представлен вид участка связывания. Энергия связывания хлорохина с белком ORF7a составляет 497 154,45 ккал/моль, что в 13 раз превышает энергию связи белка ORF7a с порфирином. Согласно результатам, показанным на рисунке 7.C-2, аминокислоты, такие как GLN A:94, ARG A:78 и LEU A:96 белка ORF7 могут связываться не только с фосфатом хлорохина, но и с порфирином.

Стыковка белков ORF3a, ORF6 и ORF10 с хлорохином не удалась.

Эти результаты показали, что хлорохин может в определенной степени ингибировать связывание E2 и ORF8 с порфирином с образованием комплекса. Кроме того, хлорохин может предотвратить атаку orf1ab, ORF3a и ORF10 на гем с образованием порфирина.

Рисунок 12. Результаты молекулярной стыковки вирусных неструктурных белков и хлорохина (красная структура). A. Результаты молекулярной стыковки белка orf1ab и хлорохина. B. Результаты молекулярной стыковки белка ORF8 и хлорохина. C. Результаты молекулярной стыковки белка ORF7a и хлорохина. 1. Неструктурные белки вируса. 2. Вид участков связывания.

3.5. Валидация эффекта фавипиравира

Таблица 1. Эффект фавипиравира

Белок вируса	Порфирин (ккал/моль)	Фавипиравир (ккал/моль)	Имеет идентичные остатки	Мишень	Отношение связывания с мишенью (фавипиравир/ порфирин)
Гликопротеин E2	7,530,186,265.80	-	-	-	-
Белок оболочки	219,317.76	597,814,480.55	Да	Да	2,725.79
Нуклеокапсид	15,532,506.53	-	-	-	-
orf1ab	561,571.10	1,052,489.88	Да	Да	1.87
ORF8	12,804,859.25	348,589.80	Да	-	-
ORF7a	37,123.79	17,034,560.60	Да	Да	458.86

4. Обсуждение

4.1. Новый коронавирус произошел от древнего вируса

Для самых примитивных форм жизни, коими являются вирусы, не так-то просто увидеть их роль в связывании порфирина. Соединения порфирина широко распространены в фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих организмах и связаны с критическими физиологическими процессами, такими как катализ, перенос кислорода и энергии. Порфирин также является древним соединением, широко распространенным на Земле. Порфирин впервые обнаружен в сырой нефти и асфальтовой породе в 1934 году. Порфирин обладает уникальными фотоэлектронными свойствами, отличной термостабильностью и имеет широкие перспективы применения в химии материалов, медицине, биохимии и аналитической химии. Его характеристики отлично подходят для применений, связанных с двухфотонным поглощением, флуоресценцией, передачей энергии и других. Перенос энергии флуоресцентного резонанса (FRET) — это безызлучательный процесс, при котором донор в возбужденном состоянии передает энергию реципиенту в основном состоянии посредством дипольного эффекта дальнего действия. FRET-характеристики порфирина могут быть основой способа выживания, на который опирался исходный вирус.

Существует множество теорий о происхождении вирусов, одна из которых называется теорией совместной эволюции, в которой вирусы могут эволюционировать из комплексов белка и нуклеиновой кислоты. Различные методы не объясняют, как вирус выжил независимо от не существовавших в начале жизни клеток, поэтому происхождение вирусов остается загадкой. В этой статье предполагается, что вирус может связываться с порфирином, что может объяснить проблему выживания оригинального вируса. Поскольку порфирин обладает характеристикой передачи энергии флуоресцентного резонанса, вирусы, которые связываются с порфиринами, могут получить энергию с помощью этого светоиндуцированного метода. Вирус, получивший энергию, может использовать ее для минимального перемещения, для выхода из состояния гибернации или перехода в него из активного состояния. Согласно результатам нашего исследования, новый коронавирус был формой жизни, зависящей от порфирина. Поэтому мы можем предположить, что новый коронавирус происходит от древнего вируса, который мог развиваться у летучих мышей на протяжении бесчисленных поколений.

4.2. Более высокая проницаемость порфиринов сквозь клеточные мембраны обуславливает большую инфекционность

Быстрая эволюция нового коронавируса также сопровождается некоторыми парадоксальными особенностями. Нынешняя теория предполагает, что новый коронавирус связывается с рецептором ACE2 человека через белок-шип. Он попадает в клетки человека по механизму фагоцитоза. Модели инфекционных заболеваний показали, что новая коронавирусная пневмония очень контагиозна. Следовательно, способность связывания белка-шипа и белка ACE2 человека должна быть большой, но в литературе имеются сообщения о том, что эта способность связывания является слабой. Что вызывает высокую инфекционность нового коронавируса? Мы считаем, что в дополнение к методу инвазии через взаимодействие шип-ACE2 вирус должен обладать оригинальным механизмом инвазии.

Медицинские работники обнаружили новый коронавирус в моче, слюне, кале и крови. Жизнеспособный вирус также может обнаруживаться в биологических жидкостях. В таких средах порфирин является доминирующим веществом. Порфириновые соединения относятся к классу азотсодержащих полимеров, и существующие исследования показали, что они обладают выраженной способностью обнаруживать клеточные мембраны и проникать сквозь них. В начале жизни молекулы вирусов с порфиринами непосредственно перемещались в исходную мембранную структуру за счет проницаемости порфирина. Это исследование показало, что гликопротеин E2 и белок оболочки нового коронавируса могут хорошо связываться с порфиринами. Поэтому коронавирус в связи с порфирином может также напрямую проникать через клеточную мембрану человека, что делает процесс инфицирования надежным. Наш валидационный анализ показал, что фавипиравир может предотвратить связывание только белка оболочки и порфирина. В то же время хлорохин может предотвращать связывание гликопротеина Е2 с порфирином лишь в определенной степени. Следовательно, инфекционность новой коронавирусной пневмонии не предотвращается этими препаратами полностью, так как связывание гликопротеина E2 и порфирина ингибируется не полностью.

4.3. Сложность индивидуального иммунитета

В некоторых теориях предполагается, что иммунный ответ возникает в организме после того, как у пациента разовьется заболевание. У некоторых пациентов после выздоровления вырабатываются иммунные антитела. Согласно нашему исследованию, гликопротеин E2, белок оболочки, нуклеокапсидный фосфопротеин, orf1ab, ORF7a и ORF8 вируса могут связываться с порфирином. Но из текущего исследования неясно, какие иммунные антитела возникали против вирусных белков.

Кроме того, некоторые пациенты могут погибнуть в результате цитокинового шторма. По сравнению с пациентами с атипичной пневмонией, анатомические характеристики умерших отличаются. Комплекс вирусных белков и порфирина может быть малорастворимым. Избыток слизи в тканях умерших пациентов был причиной избытка муцинового белка. Муцин может превратить слабо соединенные клетки в плотно соединенные и увеличить смазку между ними. Можно предположить, что действующее соединение приводит к уменьшению связи между клетками, в результате чего клетки начинают нуждаться в муцине для укрепления связи между собой в пределах тканей и для обеспечения смазывающего эффекта. Кроме того, когда пациент вступает в тяжелый инфекционный период, вирусные структурные белки, в основном, используются для сборки вирусов. Поэтому мы не можем обнаружить заметных вирусных включений в клетках тканей при аутопсии умерших пациентов.

4.4. Иммунные клетки заражаются и секретируют антитела и вирусные белки

Иммунные клетки, такие как плазматические клетки, также известны как эффекторные В-клетки. Плазматические клетки в основном наблюдаются в соединительной ткани слизистой оболочки как в пищеварительном тракте, так и в дыхательных путях. Это клетки, секретирующие антитела. Плазматические клетки выполняют функцию синтеза и хранения антител, а именно иммуноглобулинов, и участвуют в гуморальных иммунных ответах. В зависимости от источника выработки антител выделяют естественные антитела, такие как антитела анти-А и анти-В в системе групп крови ABO. По способности к участию в процессе агглютинации в ходе антигенной реакции антитела делят на полные антитела IgM и неполные антитела IgG. Обнаружение IgM и IgG в крови помогает определить, является ли организм человека инфицированным вирусом. В крови пациентов с подозрением на новую коронавирусную пневмонию содержится большое количество IgM. При лечении количество IgM у пациента снижается, а количество IgG повышается, указывая на то, что его организм вырабатывает резистентность и иммунитет. Имеются сообщения о том, что плазматические клетки также имеют рецептор ACE2, то есть для них существует путь инфекции шип-ACE2. Учитывая сообщения о том, что селезенка, костный мозг и лимфатические узлы тяжелых пациентов также сильно повреждены, мы предполагаем, что плазматические клетки также тесно связаны с инфекцией и выздоровлением пациентов с коронавирусом.

Плазматические клетки могут секретировать различные антитела, что также объясняет высвобождение вирусных белков в организме. Вирусные белки orf1ab, ORF3a и ORF10 синтезировались в клетках и атаковали гемоглобин и гем вне клеток. Вирусные белки могли покидать клетки через механизмы секреции белков. К числу секретируемых белков в основном относятся пищеварительные ферменты, антитела и некоторые гормоны. Исходя из вышеизложенной точки зрения, что инфицирование было связано с плазматическими клетками, мы полагали, что вирусные белки секретировались главным образом изнутри клетки наружу по механизму секреции антител. Один из возможных путей заключается в том, что после инфицирования плазматической клетки в ней запускаются процессы вирусной транскрипции и трансляции, а затем из клетки секретируются вирусные белки, такие как orf1ab, ORF3a и ORF10. Однако неясно, секретируются ли вирусные белки за пределы клетки путем связывания с антителами группы крови.

Мы планировали смоделировать этот механизм, но объем вычислений оказался слишком велик. После того, как мы ввели «антитела крови» в поисковую строку базы данных PDB, веб-страница показала почти 160 000 записей и почти 47 000 записей, связанных с человеком. Кроме того, моделирование молекулярной стыковки антител и белков, таких как orf1ab, представляет собой стыковку белков, процесс расчета которой является очень сложным. Поэтому мы не можем смоделировать этот механизм. Мы предлагаем другим лабораториям использовать суперкомпьютеры для моделирования этого механизма.

4.5. Вирусный белок атакует гемоглобин, высвобожденный за счет иммунного гемолиза эритроцитов

Эритроциты в основном содержат гемоглобин. Во время гемолиза гемоглобин выходит из клеток и растворяется в плазме. В этот момент способность гемоглобина переносить кислород теряется. Гемолиз происходит из-за разрыва мембран эритроцитов и растворения матрикса. Либо может происходить расширение пор мембраны эритроцита до степени, позволяющей гемоглобину покидать клетку, оставляя за собой двояковогнутую дискообразную клеточную мембрану — «гематоцит». Иммунный гемолиз — это специфический гемолиз, вызванный реакцией «антиген-антитело». Неспецифический гемолиз вызывается физическими, химическими или биологическими факторами. После гемолиза эритроцитов вирусные белки могут атаковать гемоглобин. Учитывая, что некоторые исследователи подсчитали, что люди с кровью типа O хуже заражаются COVID-19, мы предполагаем, что иммунный гемолиз может быть основным методом обеспечения атаки гемоглобина вирусными белками. Вирусные белки атакуют гемоглобин после заражения. Из-за ограниченных возможностей вычислительных инструментов мы не можем смоделировать, атакуют ли вирусные белки гемоглобин снаружи или внутри эритроцитов.

4.6. Более высокий уровень гемоглобина вызывает более высокую болезненность

Показано, что терапевтический эффект хлорохина фосфата в отношении новой коронавирусной пневмонии может быть тесно связан с аномальным метаболизмом гемоглобина у человека. Количество гемоглобина является основным биохимическим показателем крови, и его содержание различается в зависимости от пола. В норме у мужчин его уровень значимо выше, чем у женщин, что также может быть причиной того, почему мужчины заражаются новой коронавирусной пневмонией чаще, чем женщины. Кроме того, большинство пациентов с новой коронавирусной пневмонией составляют людей среднего и старшего возраста. Многие из этих пациентов имеют сопутствующие заболевания, такие как сахарный диабет. Пациенты с диабетом имеют более высокий уровень гликированного гемоглобина. Гликированный гемоглобин представляет собой дезоксигемоглобин. Гликированный гемоглобин представляет собой комбинацию гемоглобина и глюкозы крови, что является еще одной причиной высокого уровня инфицирования среди пожилых людей.

Это исследование подтвердило, что белки orf1ab, ORF3a и ORF10 могут скоординированно атаковать гем на бета-цепи гемоглобина. Атаке подвергаются как оксигенированный, так и дезоксигенированный гемоглобин. Во время атаки позиции orf1ab, ORF3 и ORF10 немного отличаются. Было показано, что, чем выше содержание гемоглобина, тем выше риск заболевания. Однако нет уверенности в том, что частота заболеваний, вызванных аномальным гемоглобином (структурным), относительно невелика. Гемоглобин пациентов и выздоравливающих должен быть объектом дальнейших исследований и лечения.

4.7. Ингибирование анаболического пути гема и развитие заболевания

В данной статье рассматривалось непосредственное вмешательство вируса в сборку гемоглобина человека. Основной причиной был слишком низкий уровень нормального гема. Гем участвует в критических биологических процессах, таких как регуляция экспрессии генов и трансляции белка. Порфирин является важным материалом для синтеза гема. Поскольку существующие данные показывают, что в организме оказывается слишком много свободного железа, это должно быть следствием того, что вирус-продуцирующая молекула конкурирует с железом за порфирин. Ингибирование анаболического пути гема и возникновение симптомов у человека.

Неясно, является ли пространственная молекулярная структура гема и порфирина у пациентов с порфирией такой же, как и у здоровых людей. При наличии аномальной структуры неясно, может ли такой порфирин связываться с вирусным белком с образованием комплекса, и может ли вирусный белок атаковать подобный гем. Эти вопросы должны быть рассмотрены в клинических и экспериментальных исследованиях.

5. Выводы

С момента возникновения эпидемии использование методов биоинформатики имеет большое научное значение для анализа ролей белков нового коронавируса (таких, как ORF8 и поверхностные гликопротеины). В этом исследовании методы прогнозирования доменов применялись для поиска консервативных доменов. Структуру белковых молекул, таких как ORF8 и поверхностных гликопротеинов, получали с помощью методов гомологического моделирования. Технология молекулярной стыковки использовалась для анализа взаимодействия связывающей части вирусных белков с гемом и порфирином. Результаты исследования показывают, что ORF8 и поверхностные гликопротеины могут объединяться с порфирином с образованием комплекса. В то же время белки orf1ab, ORF10 и ORF3a могут координированно атаковать гем, находящийся на 1-бета-цепи гемоглобина, что приводит к отщеплению железа с образованием порфирина. В результате такой атаки количество гемоглобина, который может переносить кислород и углекислый газ, уменьшается. Клетки легких испытывают чрезвычайно сильное воспаление из-за невозможности обеспечения интенсивного обмена углекислым газом и кислородом; в конечном итоге изображения ткани легких принимают вид матового стекла. Состояние пациентов с респираторными расстройствами ухудшится. Пациенты с диабетом и пожилые люди имеют более высокий уровень гликированного гемоглобина. Уровень гликированного гемоглобина снижается в результате вирусной атаки, что делает уровень глюкозы в крови пациентов нестабильным. Поскольку порфириновые комплексы вируса, продуцируемого в организме человека, ингибировали анаболический путь гема, они вызывали широкий спектр инфекций и заболеваний.

С учетом этих выводов дальнейший анализ показал, что хлорохин может предотвратить атаку orf1ab, ORF3a и ORF10 на гем с образованием порфирина и в определенной степени ингибировать связывание ORF8 и поверхностных гликопротеинов с порфиринами, эффективно облегчая симптомы респираторного дистресса. Поскольку способность хлорохина ингибировать структурные белки не слишком велика, терапевтический эффект для разных людей может быть различным. Фавипиравир может ингибировать связывание белка оболочки и белка ORF7a с порфирином, предотвращать проникновение вируса в клетки-хозяева и может связывать свободный порфирин. В связи с побочными действиями таких препаратов, как хлорохин, и возможностью аллергических реакций на них обращайтесь к квалифицированному врачу для получения подробной информации о лечении и не принимайте препарат самостоятельно.

На основании компьютерного моделирования и дискуссионного анализа этого исследования мы выдвинули предположение об основном механизме патогенности этого вируса. Вирус может сначала инфицировать клетки с рецепторами ACE2, включая иммунные клетки. Иммунные клетки производят антитела и вирусные белки. Антитела действуют на эритроциты, вызывая иммунный гемолиз. Гемоглобин высвобождается и подвергается атаке. Вирус захватывает порфирин и ингибирует метаболизм гема. Поэтому мы считаем, что поражение организма человека вирусом носит системный характер, а не ограничивается дыхательной системой.

Данная работа предназначена только для научного обсуждения, правильность выводов должна быть подтверждена другими лабораториями. Мы с нетерпением ожидаем сообщений от лабораторий, которые смогут доказать, является ли эта теория неправильной или правильной из следующих экспериментов: 1) используйте рентгеноструктурный анализ для определения структуры гемоглобина у тяжелобольных пациентов, чтобы выяснить, есть ли какие-либо отклонения; 2) в эксперименте с вирусами должны быть показаны следующие этапы: вирусные белки могут связывать порфирин; вирусные белки могут атаковать гем; вирусные белки могут атаковать гемоглобин в крови.

Заявления/h5>

Согласие этического комитета и согласие на участие

Согласие на публикацию

Доступность данных и материалов

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование

Эта работа финансировалась за счет гранта Фонда естественных наук для проекта по внедрению талантов Сычуанского университета науки и техники (номер награды 2018RCL20, грантополучатель WZL).

Вклад авторов

Финансирование получил WZL. Дизайн, анализ, написание: WZL. Курирование данных, проверка рукописи: HLL. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Благодарности

Об авторах

¹ Факультет информатики и инженерии, Сычуаньский инженерно-технический университет, Цзыгун, 643002, Китай;
² Факультет медико-биологических наук и технологии пищевых продуктов, Ибиньский университет, Ибинь, 644000, Китай.

Список литературы

Дяо, K., Хань, P., Пан, T., Ли, И. и Ян, Ц. Характерные особенности визуализации HRCT в репрезентативных случаях завозной инфекции новой коронавирусной пневмонии 2019 г. (Diao, K., Han, P., Pang, T., Li, Y. & Yang, Z. HRCT Imaging Features in Representative Imported Cases of 2019 Novel Coronavirus Pneumonia). Precision Clinical Medicine (2020).
Чан, Д. и др., Эпидемиологические и клинические характеристики новой коронавирусной инфекции на примере 13 пациентов за пределами Уханя. Китай (Chang, D. et al. Epidemiologic and clinical characteristics of novel coronavirus infections involving 13 patients outside Wuhan, China). JAMA (2020).
Хуан С. и др. Клинические характеристики пациентов, инфицированных новым коронавирусом 2019 в Ухане, Китай (Huang, C. et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China). The Lancet (2020).
Ли, С., Цай, Цз., Ван, С. и Ли, Ю. Возможность крупномасштабного переноса инфекции 2019 nCov от человека к человеку в первом поколении (Li, X., Zai, J., Wang, X. & Li, Y. Potential of large ‘first generation’human‐to‐human transmission of2019‐nCoV). Journal of Medical Virology (2020).
Ван, Д. и др., Клинические характеристики 138 госпитализированных пациентов с вирусной пневмонией, вызванной новым коронавирусом 2019, Ухань, Китай (Wang, D. et al. Clinical characteristics of 138 hospitalized patients with 2019 novel coronavirus–infected pneumonia in Wuhan, China). Jama (2020).
Ли, Ц. и др. Ранняя динамика передачи пневмонии, вызванной новой коронавирусной инфекцией, в Ухане, Китай (Li, Q. et al. Early transmission dynamics in Wuhan, China, of novel coronavirus–infected pneumonia). New England Journal of Medicine (2020).
Чжу, Н. и др. Новый коронавирус, выделенный у пациентов с пневмонией в Китае в 2019 г. (Zhu, N. et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019). New England Journal of Medicine (2020).
Ву, Ф. и др. Новый коронавирус, ассоциируемый с респираторными заболеваниями людей в Китае (Wu, F. et al. A novel coronavirus associated with human respiratory disease in China). Nature, 1-8 (2020).
Лу, Х., Страттон, С. У. и Тан, И. В. Вспышка пневмонии неизвестной этиологии в Ухане, Китай: загадка и чудо (Lu, H., Stratton, C. W. & Tang, Y. W. Outbreak of Pneumonia of Unknown Etiology in Wuhan China: the Mystery and the Miracle). Journal of Medical Virology.
Чу, Н. и др. Исследовательская группа по новому китайскому коронавирусу. Новый коронавирус, выделенный у пациентов с пневмонией в Китае (Zhu, N. et al. China Novel Coronavirus Investigating and Research Team. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019). N Engl J Med (2020).
Лу, Р. и др. Геномная характеристика и эпидемиология нового коронавируса 2019: заключения по поводу происхождения вируса и связывания его с рецепторами (Lu, R. et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding). The Lancet (2020).
Ван, М. и др. Прецизионно-медицинский подход в отношении лечения коронавирусной уханьской пневмонии (Wang, M. et al. A precision medicine approach to managing Wuhan Coronavirus pneumonia). Precision Clinical Medicine (2020).
Шехер, С. Р., Пекош, А. в сборнике «Молекулярная биология коронавируса SARS» (Schaecher, S. R. & Pekosz, A. in Molecular Biology of the SARS-Coronavirus) 153-166 (Springer, 2010).
МакБрайд, Р. и Филдинг, Б. Ч. Роль вспомогательных белков вируса тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС) в патогенезе вируса (McBride, R. & Fielding, B. C. The role of severe acute respiratory syndrome (SARS)-coronavirus accessory proteins in virus pathogenesis). Viruses 4, 2902-2923 (2012).
Ву, А. и др. Состав и дивергенция генома нового коронавируса (2019-nCoV) родом из Китая (Wu, A. et al. Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China). Cell Host & Microbe (2020).
Параскевис, Д. и др. Полногеномный эволюционный анализ нового коронавируса (2019-nCoV) позволяет отклонить гипотезу о его появлении в результате недавнего события рекомбинации (Paraskevis, D. et al. Full-genome evolutionary analysis of the novel corona virus (2019-nCoV) rejects the hypothesis of emergence as a result of a recent recombination event). Infection, Genetics and Evolution, 104212 (2020).
Ли, С. и др. Регуляция отклика на стресс со стороны эндоплазматического ретикулума активностью ионных каналов, образуемых белком оболочки коронавируса, вызывающего инфекционный бронхит, модуляцией выброса вирионов, влиянием на апоптоз, репликативную способность и патогенез (Li, S. et al. Regulation of the ER Stress Response by the Ion Channel Activity of the Infectious Bronchitis Coronavirus Envelope Protein Modulates Virion Release, Apoptosis, and Pathogenesis). Frontiers in Microbiology 10, 3022 (2020).
То, К.-К. В. и др. Постоянное выявление нового коронавируса 2019 в слюне (To, K. K.-W. et al. Consistent detection of 2019 novel coronavirus in saliva). Clinical Infectious Diseases (2020).
Дон, Н. и др. Анализ моделей генома и белковой структуры отображает происхождение и патогенность вируса 2019-nCoV, нового коронавируса, вызвавшего вспышку пневмонии в Ухане, Китай (Dong, N. Et al Genomic and protein structure modelling analysis depicts the origin and pathogenicity of 2019-nCoV, a novel coronavirus which caused a pneumonia outbreak in Wuhan, China). F1000Research 9, 121 (2020).
Роте, К. и др. Передача инфекции 2019-nCoV при контакте с бессимптомным носителем в Германии (Rothe, C. et al. Transmission of 2019-nCoV infection from an asymptomatic contact in Germany). New England Journal of Medicine (2020).
Чен, Н. и др., Эпидемиологические и клинические характеристики 99 случаев пневмонии, вызванной новым коронавирусом 2019 года в Ухане, Китай: дескриптивное исследование (Chen, N. et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study). The Lancet (2020).
Дас, Р. и Шарма, П., в сборнике «Клиническая молекулярная медицина» (Das, R. & Sharma, P. in Clinical Molecular Medicine) 327-339 (Elsevier, 2020).
Казазян-мл., Х. Х. и Вудхэд, А. П. Синтез гемоглобина А в развивающемся плоде (Kazazian Jr, H. H. & Woodhead, A. P. Hemoglobin A synthesis in the developing fetus). New England Journal of Medicine 289, 58-62 (1973).
Лю, Дж. и др. Общие и отличающиеся аспекты патологии и патогенеза новых патогенных для человека коронавирусных инфекций SARS‐CoV, MERS‐CoV и 2019‐nCoV. (Liu, J. et al. Overlapping and discrete aspects of the pathology and pathogenesis of the emerging human pathogenic coronaviruses SARS‐CoV, MERS‐CoV, and 2019‐nCoV). Journal of Medical Virology (2020).
Ван, М. и др. Ремдесивир и хлорохин эффективно ингибируют недавно появившийся коронавирус (2019-n-CoV) in vitro (Wang, M. et al. Remdesivir and chloroquine effectively inhibit the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) in vitro). Cell Research, 1-3 (2020).
Бернардо-Сейсдедос, Г., Джил, Д., Блуэн, Ж-М., Ришар, Э. и Милле, О. Заболевания белкового гомеостаза (Bernardo-Seisdedos, G., Gil, D., Blouin, J.-M., Richard, E. & Millet, O. in Protein Homeostasis Diseases) 389-413 (Elsevier, 2020).
Ламеда, И. Л. и Кох, Т. Р в сборнике «Заболевания печени» (Lameda, I. L. P. & Koch, T. R. in Liver Diseases) 107-116 (Springer, 2020).
Бэйли, Т. Л., Джонсон, Дж., Грант, К. Э., Нобл, У. С. Программа МЕМЕ SUITE (Bailey, T. L., Johnson, J., Grant, C. E. & Noble, W. S. The MEME suite). Nucleic acids research 43, W39-W49 (2015).
Бэйли, Т. Л. и др. ПРОГРАММА МЕМЕ SUITE: средство поиска известных мотивов и открытия новых (Bailey, T. L. et al. MEME SUITE: tools for motif discovery and searching). Nucleic acids research 37, W202-W208 (2009).
Бэйли, Т. Л., Уильямс, Н., Мислех, С. и Ли, У. У. МЕМЕ: обнаружение и анализ мотивов с последовательностях ДНК и белков (Bailey, T. L., Williams, N., Misleh, C. & Li, W. W. MEME: discovering and analyzing DNA and protein sequence motifs). Nucleic acids research 34, W369-W373 (2006).
Шведе, Т., Копп, Й., Гуэ, Н. и Петиш, М. SWISS-MODEL: автоматизированный сервер гомологического моделирования белков (Schwede, T., Kopp, J., Guex, N. & Peitsch, M. C. SWISS-MODEL: an automated protein homology-modeling server). Nucleic acids research 31, 3381-3385 (2003).
Бьязини, М. и др. SWISS-MODEL: моделирование третичной и четвертичной структуры белков и использованием эволюционной информации (Biasini, M. et al. SWISS-MODEL: modelling protein tertiary and quaternary structure using evolutionary information). Nucleic acids research 42, W252-W258 (2014).
Studio, D. Discovery Studio. Accelrys [2.1] (2008).

Аргеферр инструкция по применению: показания, противопоказания, побочное действие – описание Argeferr Раствор для в/в введения (28648)

Введение:

Аргеферр вводится только в/в (медленно струйно или капельно), а так же в венозный участок диализной системы, и не предназначен для в/м введения. Недопустимо одномоментное введение полной терапевтической дозы препарата.

Перед введением первой терапевтической дозы необходимо ввести тест-дозу. Если в течение периода наблюдения возникли явления непереносимости, введение препарата следует незамедлительно прекратить.

Перед вскрытием ампулы необходимо осмотреть на наличие осадка и повреждения. Можно использовать только коричневый раствор без осадка.

Капельное введение:

Аргеферр предпочтительнее вводить при помощи капельной инфузии для того, чтобы уменьшить риск выраженного снижения АД и опасность попадания раствора в околовенозное пространство. Непосредственно перед инфузией препарат Аргеферр нужно развести 0.9% раствором натрия хлорида в соотношении 1:20 [например, 1 мл (20 мг железа) в 20 мл 0.9% раствора натрия хлорида]. Полученный раствор вводится со следующей скоростью: 100 мг железа – не менее чем за 15 минут; 200 мг железа – в течение 30 минут; 300 мг железа – в течение 1.5 часов; 500 мг железа – в течение 3.5 ч. Введение максимально переносимой разовой дозы, составляющей 7 мг железа/кг массы тела, следует производить в течении минимум 3.5 ч, независимо от общей дозы препарата.

Перед первым капельным введением терапевтической дозы препарата необходимо ввести тест-дозу; 1 мл препарата (20 мг) железа взрослым и детям с массой тела менее 14 кг, в течение 15 минут. При отсутствии нежелательных явлений, оставшуюся часть раствора следует вводить с рекомендованной скоростью.

Струйное введение:

Препарат Аргеферр также можно вводить в виде неразведенного раствора в/в медленно, со скоростью 1 мл препарата Аргеферр (20 мг железа) в минуту (например, 5 мл препарата Аргеферр (100 мг железа) вводится в течение 5 минут). Максимальный объем не должен превышать 10 мл препарата Аргеферр (200 мг железа) за одну инъекцию.

После инъекции больному рекомендуется на некоторое время зафиксировать руку в вытянутом положении.

Перед первым струйным введением терапевтической дозы препарата Аргеферр, следует ввести тест-дозу: 1 мл препарата Аргеферр (20 мг железа) взрослым и детям с массой тела более 14 кг, и половину дневной дозы (1.5 мг железа/кг) детям, имеющим массу тела менее 14 кг в течение 1-2 минут. При отсутствии нежелательных явлений в течение последующих 15 минут наблюдения, оставшуюся часть раствора следует вводить с рекомендованной скоростью. После инъекции, больному рекомендуется на некоторое время зафиксировать руку в вытянутом положении.

Введение в диализную систему:

Аргеферр возможно вводить непосредственно в венозный участок диализной системы, строго соблюдая правила, описанные для в/в инъекции.

Расчет дозы:

Доза рассчитывается индивидуально в соответствии с общим дефицитом железа в организме по формуле:

Общий дефицит железа (мг) = масса тела (кг) х (Hb в норме – Hb больного) (г/л) х 0.24* + депонированное железо (мг).

Для больных с массой тела менее 35 кг: Hb в норме = 130 г/л, количество депонированного железа = 15 мг/кг массы тела.

Для больных с массой тела более 35 кг: Hb в норме = 150 г/л, количество депонированного железа = 500 мг.

Коэффициент 0.24 = 0.0034 х 0.07 х 1000 (содержание железа в гемоглобине = 0.34%; объем крови = 7 % от массы тела; коэффициент 1000 = перевод «г» в «мг»),

Общий объем (кумулятивная терапевтическая доза) препарата Аргеферр, который необходимо ввести (в мл) для восполнения дефицита железа в организме, равен:

Общий дефицит железа (мг)

20мг/мл

Масса тела [кг]	Кумулятивная терапевтическая доза препарата Аргеферр для введения:
	Hb 60 г/л		Hb 75г/л		Hb 90г/л		Hb105 г/л
	мг Fe¹	мл	мг Fe	мл	мг Fе	мл	мг Fе	мл
5	160	8	140	7	120	6	100	5
10	320	16	280	14	240	12	220	1
15	480	24	420	21	380	19	320	16
20	640	32	560	28	500	25	420	21
25	800	40	700	35	620	31	520	26
30	960	48	840	42	740	37	640	32
35	1260	63	1140	57	1000	50	880	44
40	1360	68	1220	61	1080	54	940	47
45	1480	74	1320	66	1140	57	980	49
50	1580	79	1400	70	1220	61	1040	52
55	1680	84	1500	75	1300	65	1100	55
60	1800	90	1580	79	1360	68	1140	57
65	1900	95	1680	84	1440	72	1200	60
70	2020	101	1760	88	1500	75	1260	63
75	2120	106	1860	93	1580	79	1320	66
80	2220	111	1940	97	1660	83	1360	68
85	2340	117	2040	102	1720	86	1420	71
90	2440	122	2120	106	1800	90	1480	74

¹Fе– железо

Кратность введения определяется врачом, но не чаще, чем через день.

Стандартная доза:

Взрослые, в том числе пожилые (старше 65 лет) больные: 5-10 мл Аргеферра (100-200 мг железа) 1-3 раза в неделю в зависимости от уровня гемоглобина.

Дети: имеются лишь ограниченные данные о применении препарата у детей. В случае необходимости рекомендуется вводить не более 0.15 мл препарата Аргеферр (3 мг железа) на кг массы тела 1-3 раза в неделю в зависимости от уровня гемоглобина.

Максимально переносимая разовая доза:

Взрослые, в том числе пожилые (старше 65 лет) больные:

– Для струйного введения: 10 мл препарата Аргеферр (200 мг железа), продолжительность введения не менее 10 минут.

– Для капельного введения: в зависимости от показаний разовая доза может достигать 500 мг железа. Максимально допустимая разовая доза составляет 7 мг железа на кг массы тела и вводится одни раз в неделю, но она не должна превышать 500 мг железа.

В случае, когда общая терапевтическая доза превышает максимальную допустимую разовую дозу, рекомендуется дробное введение препарата.

Если спустя 1-2 недели после начала лечения препаратом Аргеферр не происходит улучшения гематологических показателей, необходимо пересмотреть первоначальный диагноз. Как правило, большие дозы ассоциируются с более высокой частотой нежелательных явлений.

Расчет дозы для восполнения содержания железа после кровопотери или сдачи аутологичнои крови:

Доза препарата Аргеферр, необходимая для компенсации дефицита железа, рассчитывается по следующей формуле:

Если количество потерянной крови известно:

в/в введение 200 мг железа (= 10 мл препарата Аргеферр) приводит к такому же повышению концентрации Hb, как и переливание 1 единицы крови (= 400 мл с концентрацией Hb150 г/л).

Количество железа, которое необходимо восполнить (мг) = количество единиц потерянной крови х 200 или необходимый объем препарата Аргеферр (мл) = количество единиц потерянной крови х 10.

При снижении содержания Hb: используйте предыдущую формулу при условии, что депо железа пополнять не требуется.

Количество железа, которое нужно восполнить [мг] = масса тела [кг] х 0.24 х (Hb в норме – Hb больного) (г/л).

Например: масса тела 60 кг, дефицит Hb= 10 г/л => необходимое количество железа ~ 150 мг => необходимый объем препарата Аргеферр = 7.5 мл.

Лечение больных с хроническими почечными заболеваниями, находящихся на гемодиализе и получающих дополнительное лечение эритропоэтином

Препарат вводится строго в/в. Инъекция проводится как можно медленнее, продолжительность введения увеличивается по мере повышения дозы. Процедура не представляет особой сложности для больных, находящихся на гемодиализе, так как у них обычно имеется подходящий в/в доступ. Препарат вводится в 0.9 % растворе натрия хлорида в течение не менее 15 минут в течение 2 последних часов сеанса гемодиализа.

Абсолютный дефицит железа (фаза коррекции анемии):

– 30-50 мг железа/сеанс диализа или

– 1000 мг железа в течение 6 - 10 недель.

Фаза поддерживающей терапии

Назначаются различные дозы в различных режимах:

– 10-25 мг железа/сеанс диализа

или

– 100 мг железа/1 раз в месяц (в зависимости от концентрации ферритина сыворотки).

Фаза коррекции гемоглобина

– 150 мг железа для повышения концентрации на 10 г/л.

GBT (что-то на татарском) Global Blood Therapeutics, Inc. представляет данные о новых терапевтическ

$GBT (что-то на татарском) Global Blood Therapeutics, Inc. представляет данные о новых терапевтических средствах против серповидноклеточной болезни с лучшим в своем классе потенциалом - Inclacumab и GBT021601 Global Blood Therapeutics, Inc. объявила о новых доклинических данных о своих терапевтических методах лечения серповидно-клеточной анемии (ВСС) - инкакумабе, новом ингибиторе Р-селектина, который разрабатывается для снижения частоты вазоокклюзионных кризов (ЛОС) у пациентов с ВСС, и GBT021601 , ингибитор полимеризации гемоглобина S (HbS) нового поколения. Эти данные представлены на полностью виртуальном 62-м ежегодном собрании и выставке Американского общества гематологов (ASH). Инклакумаб: анализ in vitro и программа клинических исследований фазы 3: результаты исследования in vitro (реферат № 1707) продемонстрировали, что инклакумаб может стать лучшим в своем классе ингибитором P-селектина для снижения частоты летучих органических соединений у пациентов с ВСС. При характеристике вместе с кризанлизумабом, одобренным FDA ингибитором P-селектина для лечения ЛОС, инкакумаб: связывает P-селектин в естественном сайте связывания лиганда и имеет сродство, аналогичное кризанлизумабу, продемонстрировала быструю кинетику связывания с P-селектином и оставалась связанной дольше и подавлял агрегацию тромбоцитов и лейкоцитов в большей степени, чем кризанлизумаб. Кроме того, предыдущий клинический опыт применения инкакумаба у более чем 700 участников, не участвовавших в SCD, продемонстрировал возможность существенно более длительного воздействия и почти полного ингибирования агрегации тромбоцитов и лейкоцитов в течение 12-недельного периода. Взятые вместе, они полагают, что эти характеристики приведут к ежеквартальному дозированию, улучшенному соблюдению пациентом режима лечения и потенциалу расширения использования для более широкой популяции пациентов. ⬇️Продолжение в комментариях

Атипичная картина гемоглобинопатии в сочетании с β-талассемией • Nowa Pediatria 4/2018 • Czytelnia Mediczna BORGIS

* Анна Адамович-Салах ¹, Беата Бурзиньска ², Алисия Сивицка ¹, Катажина Смалиш ¹, Михал Матысяк ¹

Атипичная картина гемоглобинопатии, сосуществующей с β-талассемией

Атипичная клиническая недостаточность гемоглобинопатии в сочетании с талаземией β

¹ Кафедра педиатрии, гематологии и онкологии Варшавского медицинского университета
Заведующий кафедрой: проф.доктор хаб. доктор медицинских наук Михал Матысяк
² Отделение генетики, Институт биохимии и биофизики Польской академии наук, Варшава
Заведующий отделением: проф. доктор хаб. п. мед. Тереза Желондек

Резюме
Введение. Наследственные нарушения гемоглобина, включая талассемию и гемоглобинопатии, являются часто встречающимися заболеваниями в мире. Талассемии — аутосомно-рецессивные нарушения синтеза гемоглобина. Лежащие в основе молекулярные дефекты в кластерах генов α-глобина или β-глобина формируют основу дефектного синтеза гемоглобина и различных наследственных форм α-галаземии или β-талаземии.Талассемия диагностируется при значительном снижении уровня гемоглобина, объема эритроцитов (MCV) и среднего клеточного гемоглобина (MCH).
Цель. Мы хотим ввести атипичную клиническую ошибку гемоглобинопатии.
Материал и методы. К нам поступили двое детей с анемией. В первом случае это был мальчик с нормальным MCV и сниженным MCH, в следующем - девочка после спленэктомии с повышенным MCV и MCH. В обоих случаях эритроциты были гипохромными, а клетки-мишени присутствовали в мазке периферической крови.Проводили электрофорез гемоглобина, измерение уровней HbA ₂ и HbF. 90 021 90 028 Результаты. Результаты теста характерны для талаземии β. Расширение диагностической панели генетическими тестами позволило выявить у обоих детей носительство талассемии α силиенс (-α/αα). В первом случае также был обнаружен нестабильный гемоглобин Hb Köln (кодон 98 (295G>A)) и во втором нестабильный гемоглобин Hb Bruxelles (делеции del 42/β ⁺).
Заключение. Только генетические тесты позволили объяснить атипичный мазок крови при талассемии.

Введение

Талассемии — наследственные гемолитические анемии, вызванные несбалансированным синтезом глобиновых цепей. Нарушения экспрессии глобина могут касаться каждой из четырех основных цепей - α, β, γ, δ, но чаще всего β и α цепей. В зависимости от того, какая цепь синтезируется в уменьшенном количестве, мы можем распознать β- или α-(1-4) талассемии. При β-талассемии в основном возникают точковые мутации, α-талассемия обычно является результатом делеции α-глобиновых генов, точечные мутации встречаются реже.Мутации, вызывающие структурные нарушения гемоглобина, называются качественные гемоглобинопатии (2). Отличительными чертами талассемии являются микроцитарная анемия с пониженной концентрацией гемоглобина и более низкой средней массой гемоглобина. В мазках периферической крови обнаруживают клетки щитовидной железы, гипохромию и анизоцитоз эритроцитов (5-7).

В 2006 г. Здебска и др. опубликовали статью о распространенности талассемии в Польше. В исследуемой группе больных выявлено носительство признака β-талассемии и выявлено 7 различных средиземноморских мутаций, в отдельных случаях выявлено наличие мутации, характерной для татарского населения (8).Носитель α-талассемии выявлялся значительно реже, что связано с гораздо меньшей распространенностью этой формы заболевания в Европе. Болезнь в основном встречается в Юго-Восточной Азии (9-11).

Цель работы

Цель исследования — представить два наблюдения детей с атипичной картиной периферической крови на фоне гемоглобинопатии.

Материалы и методы

Два пациента были направлены в отделение педиатрии, гематологии и онкологии Варшавского медицинского университета в связи с гемолитической анемией неизвестной этиологии.В первом случае у мальчика развился гемолитический криз. Количество эритроцитов снизилось до 3,24 х 10 ¹²/л, концентрация гемоглобина составила 8,4 г/дл, MCV 89,4 фл, количество ретикулоцитов увеличилось до 4,3% (ARC 182,75 г/л). В дальнейшем морфология нормализовалась, но ретикулоцитоз все еще наблюдался. В мазке присутствовали единичные сфероциты. На этом основании был поставлен первоначальный диагноз - наследственный сфероцитоз. Второй случай касался пациента подростка с первичным диагнозом врожденного сфероцитоза после спленэктомии, у которого не наблюдалось улучшения после операции.В анализах периферической крови макроцитарная анемия, количество эритроцитов снижено до 3,1 х 10 ¹²/л, концентрация гемоглобина 10,4 г/дл, MCV 101,6 фл, количество ретикулоцитов 7,1% (ARC 220,1 г/л) ( табл. 1).

Таблица 1. Результаты дополнительных исследований представленных больных

⁶ 90 116


№	HB A2 [%]	HB F [%]				RBC [10 ¹² / L]	HGB [G / дл]	MCV [fl]	MCH [pg]	Ret.[%]	Описание эритроцитов
1	5.5	1	CODON 98 (295G> A) HB Köln -α ^3,7 / αα	4.25	10.6	89.4	24.8	24.8	4.3	Макроциты, микроциты, дискоидные клетки
2	4,7	2.75	Del 42 / β ⁺ -α ^3.7 / αα	3.1	10.4	101,6	33,7	7,1	Анизоцитоз, пойкилоцитоз, клетки щитовидной железы, стоматоциты, акантоциты

Генетические методы

Выделение ДНК и секвенирование

ДНК выделяли из крови, собранной в пробирки с ЭДТА.ДНК выделяли с помощью набора QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Германия).

Полимеразная цепная реакция ( - ПЦР) была использована для амплификации гена, кодирующего бета-глобин. ПЦР проводили с использованием системы FastStart PCR System (Roche, Германия) в соответствии с инструкциями производителя. Каждая реакция содержала 1–100 или 10–250 нг ДНК, 2,5 мкл 10 × ПЦР-буфера, 1,0 мкл соответствующих праймеров и 1 единицу фермента (ДНК-полимераза FastStart Taq) в конечном объеме 25 мкл.ПЦР проводили на персональном аппарате Mastercycler (Eppendorf, Германия) в следующих условиях: 2-минутная предденатурация при 94 °С, затем 30 циклов по 45 с при 94 °С, 45 с при 59 °С, 45 с. при 72°С и окончательное удлинение при 72°С в течение 5 минут. Для амплификации экзона 1 и 2 гена бета-глобина использовали следующие праймеры: F15'AGTGATGGCCTGGCTCACCT3' и 1R 5'CCTGAGACTTCCACACTGAT 3', а для экзона 3 - следующие праймеры: F2 5'AGCAGCTACAATCCAGCTAC3' GAGTAG и 5AGTGGTAGTAGGTCA3' . Продукты ПЦР анализировали с помощью электрофореза в агарозе, а затем секвенировали на приборе ABI Prism 377 (Applied Biosystem, США).

Выше мы опубликовали отрывок из статьи, к которому вы можете получить полный доступ.

У меня есть код доступа

Чтобы получить платный доступ к полному содержанию вышеуказанной статьи или ко всем статьям (в зависимости от выбранного варианта), необходимо ввести код.
Вводя код, вы принимаете содержание Правил и подтверждаете, что ознакомились с ними.
Чтобы купить код, воспользуйтесь одним из вариантов ниже.

Вариант № 1

90 028 19 90 029

злотых

Доступ к этой статье
доступ для 7 дней

я выбираю

полученный код необходимо ввести на странице статьи, на которую он был погашен

Вариант № 2

49 90 029

злотых

доступ ко всему контенту

доступ для 30 дней

самый популярный вариант

я выбираю
Вариант № 3

119
зл.

доступ ко всему контенту

доступ для 90 дней

вы экономите 28 злотых

я выбираю
Ссылки

1.Olivieri NF, Weatherall DJ: Клинические аспекты β-талассемии. [В:] Steinberg MH, Forget BG, Higgs DR, Nagel RL (eds.): Нарушения гемоглобина: генетика, патофизиология и клиническое лечение. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2001: 277–341.

2. Taher AT, Weatherall DJ, Cappellini MD: Талассемия. Ланцет 2018; 391: 155-167.

3. Adamowicz-Salach A: Врожденная и приобретенная микроцитарная анемия у детей. Диплом Онкол 2017; 15 (4): 28-33.

4. Adamowicz-Salach A: Врожденная гемолитическая анемия – от диагностики к лечению.Диплом Онкол 2015; 12 (5): 20-25.

5. Забудьте о БГ: β-талассемия. [В:] Steinberg MH, Forget BG, Higgs DR, Nagel RL (eds.): Нарушения гемоглобина: генетика, патофизиология и клиническое лечение. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2001: 231–232.

6. Хиггс Д.Р., Боуден Д.К.: Клинические и лабораторные признаки синдромов α-талассемии. [В:] Steinberg MH, Forget BG, Higgs DR, Nagel RL (eds.): Нарушения гемоглобина: генетика, патофизиология и клиническое лечение.Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2001: 431–469.

7. Bianco I, Cappabianca MP, Foglietta E и др.: Тихие талассемии: генотипы и фенотипы. Гематология 1997; 82: 269-280.

8. Zdebska E, Krawcewicz A, Adamowicz-Salach A и др.: β-талассемия в Польше. I. Средиземноморские мутации. Пол Мерк Лек 2006; 115: 53-56.

9. Бернини Л.Ф.: Географическое распространение альфа-талассемии. [В:] Steinberg MH, Forget BG, Higgs DR, Nagel RL (eds.): Нарушения гемоглобина: генетика, патофизиология и клиническое лечение.Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2001: 527–531.

10. Коза К., Лоневска-Львовска А., Фабияньска-Митек Дж. и др.: Молекулярная диагностика талассемии α у населения Польши. Пост Наук Мед 2016; XXIX (2): 88-91.

11. Maciąg M, Płochocka D, Adamowicz-Salach A: Разнообразие талассемии. Acta Haematol 2014; 99 (5): 811-820.

12. Liu YT, Old JM, Miles K и др. Быстрое обнаружение делеций а-талассемии и трипликации гена а-глобина с помощью мультиплексных полимеразных цепных реакций Brit J Haematol 2000, 108: 295-299.

13. Phyliky RL, Fairbanks VF: Тромбоэмболические осложнения спленэктомии при нестабильном гемоглобине: Hb Olmsted, Hb Holn. Am J Hematol 1997; 55 (1): 53.

14. Landin B, Fröstad B, Brune M, Ljung R: Мутации гемоглобина Köln as de Novo в Швеции: диагностика с помощью ПЦР и специфического ферментативного расщепления. Евр Дж. Гематол 1994; 52 (3): 156-161.

15. Griffon N, Badens C, Lena-Russo D et al.: Hb Bruxelles, делеция Phebeta42, показывает низкое сродство к кислороду и низкую кооперативность связывания лиганда.Дж. Биол. Хим. 1996; 271 (42): 25916-25920.

16. Adamowicz-Salach A, Zdebska E, Burzyńska B и др.: Альфа-талассемия как причина микроцитарной анемии в Польше - отчеты о случаях. Пед Пол 2007; 82: 151-155.

17. Piel FB, Weatherall DJ: α-Thalassemias. N Engl J Med 2014; 371: 1908-1916.

18. Tatu T, Kiewkarnkha T, Khuntarak S et al.: Скрининг на сосуществование α-талассемии и гетерозигот HbE с помощью твердофазного иммуноферментного анализа для Hb Барта и эмбриональной цепи ζ-глобина.Int J Hematol 2012; 95: 386-393.

19. Wee YC, Tan KL, Kuldpi K et al.: Альфа-талассемия в ассоциации с пациентами с бета-талассемией в Малайзии: исследование совместного наследования обоих заболеваний. Сообщество Генет 2008; 11: 129-134.
.
Природнокристаллический гемоглобин нематоды Mermis nigrescens. Микроспектрофотометрическое исследование химических свойств и дихроизма in situ.

Biophys J. 1985 Апрель; 47 (4): 527–536.

Abstract

Дихроичный микроспектрофотометр был использован для измерения изотропных и дихроичных спектров поглощения этого уникального цитоплазматического гемоглобина и его производных. Предметное стекло для перфузии позволило изменить среду, омывающую головку Mermis. Было показано, что нативный спектр, который имеет исключительно низкую экстинкцию альфа-диапазона, полностью обусловлен оксигемоглобином.Спектр СО-гемоглобина более типичен, однако альфа- и бета-полосы расположены необычно близко друг к другу. Гемохром железа образуется при окислении феррицианидом или гидроксиламином и легко превращается в цианид трехвалентного гемоглобина при добавлении цианида. Акважелезистый гемоглобин и трехвалентный гемоглобин фторид образовывались нелегко. Деоксигемоглобин, идентифицированный по его типичному спектру поглощения, образовался только при крайне низких давлениях О2, достижимых в присутствии дитионита. Глюкозооксидаза, раствор каталазы деоксигенировали гемоглобин в эритроцитах человека, но не в соседних препаратах Mermis.Сродство к О2 намного больше, чем к СО. Кроме того, спектральные данные указывают на среду оксигема, которая отличается от гемоглобина и миоглобина позвоночных. На величину коэффициента поляризации (PR) и спектр PR не повлияла перфузия растворителями с высоким показателем преломления; поэтому форма дихроизма за счет стержневидных кристаллов незначительна. Максимальное угасание происходит примерно перпендикулярно длинной оси микроскопических кристаллов, которые ориентированы параллельно оси тела внутри гиподермальных клеток.Спектры PR производных гемоглобина сильно напоминают соответствующие спектры, описанные ранее для монокристаллов, сделанных из гемоглобина лошади, миоглобина кита или миоглобина аплизии, и изменяются соответствующим образом при замене лиганда. Это подтверждает, что внутриклеточные кристаллы Мермиса состоят из оксигемоглобина.

Полный текст

Полный текст доступен в виде отсканированной копии оригинальной печатной версии. Получите копию для печати (файл PDF) полной статьи (1.8M) или нажмите на изображение страницы ниже, чтобы просмотреть страницу за страницей. Ссылки на PubMed также доступны для Selected References .

Избранные ссылки

Эти ссылки находятся в PubMed. Возможно, это не полный список литературы из этой статьи.

Берр А.Х., Шифке Р., Боллеруп Г. Свойства гемоглобина из хроматропа нематоды Mermis nigrescens. Биохим Биофиз Акта. 1975, 20 октября, 405 (2): 404–411. [PubMed] [Google Scholar]

Croll NA.Вклад в светочувствительность «хроматропа» Mermis subnigrescens. Дж. Гельминтол. 1966. Т. 40 (1): 33–38. [PubMed] [Google Scholar]

Eaton WA, Hochstrasser RM. Монокристаллические спектры комплексов ферримиоглобина в поляризованном свете. J Chem Phys., 1968, 1 августа, 49 (3): 985–995. [PubMed] [Google Scholar]

ELLENBY C. ГЕМОГЛОБИН В «ХРОМОТРОПЕ» ПАРАЗИТНОЙ НЕМАТОД НАСЕКОМЫХ. Природа. 1964 г., 9 мая, 202: 615–616. [PubMed] [Google Scholar]

Gibson QH, Smith MH.Скорости реакции гемоглобинов аскарид с лигандами. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1965, 12 октября, 163 (991): 206–214. [PubMed] [Google Scholar]

Hárosi FI, MacNichol EF., Jr Дихроичный микроспектрофотометр: компьютеризированный быстрый фотометр со сканированием по длине волны для измерения линейного дихроизма в одиночных клетках. J Opt Soc Am. 1974 июль, 64 (7): 903–918. [PubMed] [Google Scholar]

Хофрихтер Дж. Связывание лиганда и гелеобразование серповидноклеточного гемоглобина. Дж Мол Биол. 1979, 5 марта, 128 (3): 335–369.[PubMed] [Google Scholar]

Hofrichter J, Hendricker DG, Eaton WA. Структура волокон гемоглобина S: оптическое определение молекулярной ориентации в серповидных эритроцитах. Proc Natl Acad Sci USA, 1973, декабрь, 70 (12): 3604–3608. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Keilin D, Wang YL. Гемоглобин личинок Gastrophilus. Очистка и свойства. Biochem J. 1946. 40 (5-6): 855-866. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Klotz IM, Haney DN, King LC.Рациональные подходы к химиотерапии: противорвотные средства. Наука. 1981, 14 августа, 213 (4509): 724–731. [PubMed] [Google Scholar]

LEE DL, SMITH MH. ГЕМОГЛОБИНЫ ПАРАЗИТИЧЕСКИХ ЖИВОТНЫХ. Опыт Паразитол. 1965 июнь, 16: 392–424. [PubMed] [Google Scholar]

Makinen MW, Churg AK, Glick HA. Связь Fe-O2 и структура оксигема в миоглобине. Proc Natl Acad Sci U S A. 1978 May, 75 (5): 2291–2295. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Makinen MW, Eaton WA. Поляризованные монокристаллические спектры поглощения карбокси- и оксигемоглобина.Энн Н.Ю. Академия наук. 1973. 206: 210–222. [PubMed] [Google Scholar]

Makinen MW, Eaton WA. Оптически обнаружены конформационные изменения в монокристаллах гемоглобина. Природа. 1974, 4 января, 247 (5435): 62-64. [PubMed] [Google Scholar]

Mazia D, Schatten G, Sale W. Адгезия клеток к поверхностям, покрытым полилизином. Приложения к электронной микроскопии. Джей Селл Биол. 1975 июль, 66 (1): 198–200. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Okazaki T, Wittenberg JB. Гемоглобин аскарид околокишечной жидкости.3. Равновесия с кислородом и окисью углерода. Биохим Биофиз Акта. 1965, 16 декабря, 111 (2): 503-511. [PubMed] [Google Scholar]

Okazaki T, Wittenberg BA, Briehl RW, Wittenberg JB. Гемоглобин стенок тела аскарид. Биохим Биофиз Акта. 1967, 27 июня, 140 (2): 258–265. [PubMed] [Google Scholar]

Perutz MF, Heidner EJ, Ladner JE, Beetlestone JG, Ho C, Slade EF. Влияние структуры глобина на состояние гема. 3. Изменения в спектрах гема, сопровождающие аллостерические переходы в метгемоглобине, и их значение для взаимодействия гем-гем.Биохимия. 1974 7 мая, 13 (10): 2187-2200. [PubMed] [Google Scholar]

Wittenberg JB. Диффузия кислорода, облегчаемая миоглобином: роль миоглобина в поступлении кислорода в мышцы. Физиол Рев. 1970, октябрь, 50 (4): 559–636. [PubMed] [Google Scholar]

Wittenberg JB. Облегченная диффузия кислорода. Роль леггемоглобина в азотфиксации бактероидами, выделенными из клубеньков сои. Дж. Биол. Хим. 1974 г., 10 июля, 249 (13): 4057–4066. [PubMed] [Google Scholar]

Виттенберг Б.А., Оказаки Т., Виттенберг Дж.Б.Гемоглобин аскарид околокишечной жидкости. I. Очистка и спектры. Биохим Биофиз Акта. 1965, 16 декабря, 111 (2): 485–495. [PubMed] [Google Scholar]

Wittenberg BA, Wittenberg JB, Noble RW. Реакция гемоглобина периэнтеральной жидкости железистой аскариды с перекисью водорода. Дж. Биол. Хим. 1972, 25 июня, 247 (12): 4008-4013. [PubMed] [Google Scholar]

Статьи из журнала Biophysical Journal предоставлены здесь с разрешения The Biophysical Society

.
Гемоглобин

Подол - является простетической группой (небелковой частью) многих ферменты. Встречается, среди прочего, в гемоглобине, миоглобине и v цитохромы.

Деталь органический гем имеет структуру, аналогичную структуре порфирина. Это связывает у нее есть атом железа (Fe) через четыре связи N-Fe. Формально два из из них ковалентные связи, а две – координационные связи, хотя в на самом деле они равны. В результате переноса ограничений порфиринового скелета молекула гема совершенно плоская и сильно поглощает видимый свет.В живых организмах идентифицирован ряд гемов (включая гем A, B, C, D, L, M, O, S) различающиеся заместителями в порфириновом кольце.

Биологические функции 9000 3
Подол связывается с белковой частью ферментов через две группы карбоновая кислота (-СООН). Атом железа в геме способен связывать два лиганда (например, с молекулой кислорода O2) через связывание координации, которые направлены перпендикулярно плоскости хему. Когда к атому железа больше не привязано молекулы, он имеет степень окисления +2 (Fe2+).Когда они до него присоединены дополнительные лиганды, могут достигать более высоких степеней окисление (Fe3+).

Подол придает белку и крови красный цвет. Нарушения биосинтеза гема у проявляется избыточным выделением порфиринов с мочой (порфирии).

Биосинтез хему

ТУ ВСТАВЬТЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ИЗ ПРИЛОЖЕНИЯ HEMcostam

Схема синтез гема: 1 - АЛК-синтаза, 2 - АЛК-дегидратаза, 3 - синтаза уропорфириноген (UPG I), 4 - уропорфириногенная косинтаза III (UPG III), 5 - уропорфириногендекарбоксилаза, 6 - оксидаза уропорфириноген, 7 - протопорфириногеноксидаза, 8 - феррохелатаза.

Катаболизм гем

Деталь белок гемоглобина распадается на свободные аминокислоты. В клетках ретикулоэндотелиальной системы Fe2+ окисляется до Fe3+ и переходит в общий пул железа в организме a z остальная часть порфиринового гема отщепляется от грудины α-метин в форме CO с образованием биливердина (зеленый краситель). После сокращения биливердин дает красный/оранжевый цвет билирубин. Он проникает в кровь, где соединяется с сывороточный альбумин с образованием водонерастворимого билирубина средний (бесплатный).В печени этот комплекс распадается и билирубин в основном связан с глюкуронидом (75%) с образованием билирубина диглюкуронид, в меньшей степени с сульфатом (15%) или аденозинметионин (10%), а остальное с глицином или таурин - все эти производные называются билирубином прямые (комбинированные) и в здоровой печени составляют 100% билирубин. Билирубин выделяется с желчью в кишечник, где глюкуронид находится под влиянием бактериальных ферментов отщепляются и билирубин восстанавливается до бесцветного уробилиногена.Часть уробилиногена реабсорбируется в подвздошной кишке и толстая кишка, кровь поступает в почки и выводится с мочой, превращаясь на воздухе в желтый уробилин. Большинство однако уробилиноген окисляется кишечными бактериями до бурого стеркобилина и выделяется с калом.

Гемоглобин

Гемоглобин, также обозначаются аббревиатурами Hb или HGB - красный кровяной пигмент, белок содержится в эритроцитах, основной функцией которых является транспортирует кислород – связывает его в легких и высвобождает в ткани.Мутации гена гемоглобина приводят к заболеваниям наследственные: серповидноклеточная анемия, талассемия или редкие заболевания известны как гемоглобинопатии.

Строительство гемоглобин

Молекула гемоглобин представляет собой тетрамер двух пар белков подразделения. Субъединицы обычно обозначаются буквами Греческий алфавит (например, α, β, γ, δ).

Имя гемоглобин Пары из
субъединиц
HbА α2β2

ГбФ α2γ2

HbA2 α2δ2

HbS α2S2

подразделения не связаны ковалентно.Каждая субъединица содержит в виде группы простетическая (небелковая) молекула гема. Молекула гема содержит центрально расположенный атом железа (Fe2+), что делает возможным связывание молекул кислорода (O2). Одна молекула гемоглобина может присоединяют от одной до четырех молекул кислорода, что вызывает гемоглобин может находиться либо в «дезоксигенированном» состоянии (deoxyHb) или в разной степени «окисления» (oxyHb). Подол придает белку (и крови) красный цвет.

Конфигурация α-цепи и β человеческого гемоглобина показывает сходство к молекуле миоглобина.

Перерыв гемоглобин

Гемоглобин "правильно"

* HbA (HbA1) (2α2β) - правильный взрослый гемоглобин 9000 3
* HbA2 (2α2δ) - правильный взрослый гемоглобин; составляет примерно 1,5–3% гемоглобина

* HbF (2α2γ) - фетальный гемоглобин; имеет большее сродство к кислороду, чем HbA, что делает его менее способен брать кислород из крови матери через плаценту и выделять его в ткани плода. В эктопической жизни он заменяется, потому что он выделяет меньше кислорода в тканях при более высоких парциальных давлениях кислород.У взрослых до 2% 9000 3
* эмбриональные гемоглобины - имеют сходные свойства с HbF:

ст Гемоглобин Гауэра 1 (ξ2ε2)

ст Гемоглобин Гауэра 2 (α2ε2)

ст Портлендский гемоглобин (ξ2γ2)

* HbA1c - HbA с прикрепленным неферментативно, постоянно молекула глюкозы к N-концу аминокислоты цепей глобина. Высокая концентрация свидетельствует о пропорционально повышенный уровень глюкозы в крови, что может позволить определение среднего уровня глюкозы в сыворотке крови за период 2-3 месяцев, и это важно, напримерпри оценке эффективности лечения диабет. Норма составляет 4-6% от общего количества гемоглобина. Продукты переходом между HbA1 и HbA1c являются формы HbA1a и HbA1b основания Шиффа, к которым присоединяется глюкоза обратимый. Суммарное количество всех форм гликированного гемоглобина она должна быть в пределах 6-8% от общего количества гемоглобина.

Гемоглобин неправильный

* HbS - точечная мутация - замена гидрофильной глутаминовой кислоты в положении A2 (6β) быть гидрофобным валин, который вызывает липкие пятна и образование агрегатов неоксигенированный HbS, который искажает эритроциты, приводя к серповидноклеточная анемия

* HbM - мутация, которая изменяет гистидин в положении F8 на тирозин, который стабилизирует железо в геме в форме Fe3+ вместо Fe2+.Гемоглобин с Fe3+ называется метгемоглобином (metHb), а не связывается с кислородом.

* Чесапикский гемоглобин - превращение аргинина в лейцин в положение FG4 (92 в α-цепи)

* Гемоглобин бристольского типа - превращение валина в аспарагиновую кислоту в позиция 67 цепи β. Изменение не нарушает функцию

* Сиднейский гемоглобин - переход от валина к аланину в положении 67 β-цепи. Изменение не нарушает функцию

* Гемоглобин Хикари - замена лизина на аспарагин в положении 61 β-цепи.Изменение не нарушает функцию

* Гемоглобин типа Милуоки - превращение валина в глутаминовую кислоту в позиция 67 цепи β. Изменение не нарушает функцию

* Lepore гемоглобин - (2α2Lepore) - гемоглобин в одном из типы β-талассемия, результат удаления гена кодеры β-цепи и δ. Их остатки создают ген, кодирующий цепь Лепора.

Библиография:

* Люберт Страйер, Биохимия, PWN, Варшава, 2003 г., стр. 154, (2 являюсь.) ISBN 83-01-13978-1

* Францишек Кокот, Штефан Кокот: Лабораторные испытания: объем стандартов i интерпретация. Варшава: Медицинское издательство PZWL, 2005. ISBN. 83-200-3172-9.

Поисковая система

Связанные страницы:
Гемоглобин
гемоглобин
гемоглобин
гемоглобин + кислород потолок + оборота, физиологические примечания
Упражнения II гемоглобин, лесоп, ОХС, семестр 5, токсикология
Упражнение гемоглобина

Гемоглобин Упражнение
Тестирование тестирования гемоглобина II
, II
список 4 гемоглобин 1
гемоглобин 1
гемоглобин
Факторы, влияющие на степень насыщения гемоглобина кислородом, БИОЛОГИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
гемоглобин
График зависимости между сорбцией и длиной? (1)
4.Количество гемоглобина, Лекарственный WLK SUM, медицинский, биохимия, цикл Кребса, пурины и пиримидины
Конечный гемоглобин, ИССЛЕДОВАНИЯ, Физиология
Гемоглобин как модельный функциональный белок (1)
Инфекционная гемоглобинурия
18 - 28.03.2001 гемоглобин тврубин мочевая кислота, материалы медицина ГИУ, биохимия, Коллоквиум VII
еще похожие страницы
.
Pearl Trilogy - polygen.2clickeshop.pl

Камера предназначена для записи in vivo изображений мелких животных - в основном мышей, органов и отдельных функциональных систем, например, скелетной, сосудистой, лимфатической. Благодаря использованию флуоресцентных красителей он позволяет определить место в организме, где в большом количестве экспрессируются выбранные белки, например, рецепторы или транспортные белки, характерные для опухолевых процессов, а также позволяет измерять биологические процессы на молекулярном и клеточном уровне. уровень.

В живых организмах свет поглощается рядом эндогенных хромофоров, включая гемоглобин, меланин и липиды. Система Pearl ^® Trilogy регистрирует флуоресценцию в диапазоне инфракрасного излучения, в котором аутофлуоресценция тканей и рассеяние светового пучка малы. В результате камера формирует изображение, в котором уровень фоновой флуоресценции очень низок, а значит, отношение сигнал/шум намного больше, чем в случае камер, работающих в видимом диапазоне света.Результатом является чрезвычайно высокая чувствительность системы и возможность более глубокого проникновения сигнала в ткани.

Молярный коэффициент возбуждения для воды, гемоглобина и оксигенированного гемоглобина.

Как видно из прилагаемого графика, поглощение излучения тканями резко снижается в ближнем ИК-диапазоне.

В то же время в диапазоне выше 820 нм поглощение воды начинает увеличиваться.

Pearl® Trilogy — четырехканальная система.Он записывает изображение в видимом свете, биолюминесценцию и флуоресценцию от двух разных красителей одновременно. В качестве источников возбуждения использовались два независимых лазера с длинами волн 685 нм и 785 нм. Система обнаружения основана на ПЗС-матрице. Оптимальным красителем для визуализации in vivo является IRDye® 800CW из-за его высокого молярного коэффициента экстинкции и отсутствия неспецифического взаимодействия. Если два белка обнаруживаются одновременно, антитела, меченные флуорофором с возбуждением 685 нм, должны быть направлены против эталонных белков.

На фотографиях показана степень аутофлуоресценции в зависимости от длины волны возбуждения.

Возбуждение светом 785 нм (изображение А — левая сторона) и 660 нм (изображение В — правая сторона). На изображении A показана эталонная пробирка, содержащая 10 пмоль EGF, меченного IRDye 800CW, а на изображении B показана эталонная пробирка, содержащая 10 пмоль EGF, меченного Cy® 5.5. Инфракрасное изображение (изображение А) показывает гораздо более низкий уровень автофлуоресценции, чем изображение, записанное в видимом свете (изображение В).Хлорофилл в рационе животных дает отчетливый флуоресцентный сигнал в видимом диапазоне света (рисунок Б)

Источник данных: К. Адамс, С. Ке, З. Фан, К. Хирши, М. Мавад, М. Барри , Э. Севик-Мурака, Сравнение возбудимых флуоресцентных красителей видимого и ближнего инфракрасного диапазонов для молекулярной визуализации рака, Журнал биомедицинской оптики, 12 (2), 024017 (март / апрель 2007 г.).

Предоставлено Dr. ЭМ. Севик-Мурака, Медицинский колледж Бэйлора, Хьюстон, Техас.Сравнение возбудимых красителей видимого и ближнего инфракрасного диапазонов для молекулярной визуализации рака. Журнал биомедицинской оптики 12 024017 (2007).

Pearl ^® Trilogy в основном используется для визуализации in vivo . Благодаря использованию флуоресцентных красителей система позволяет идентифицировать нативные клетки, которые не были генетически модифицированы. Флуоресцентно меченные клетки, белки, пептиды или низкомолекулярные соединения вводятся в организм, где они могут оставаться в кровотоке или специфически связываться с лигандом-мишенью.Место введения соединения определяют после освещения организма светом определенной длины волны, характерной для связанного флуорофора. В зависимости от типа используемого маркера можно идентифицировать поверхностные белки, такие как рецепторы и транспортные белки, маркировать скелетную систему, отслеживать кровоток в сосудах, контролировать распределение лиганда в организме или отслеживать процесс ангиогенеза, например, раковые клетки. Подробную информацию об использовании системы Pearl можно найти на сайте производителя.

FieldBrite™ Xi2

Технология FieldBrite™ Xi2 компании Pearl® Trilogy была разработана LI-COR для получения изображений мелких животных самого высокого качества. Благодаря чрезвычайно однородному (CV <3%) освещению всей области записи можно регистрировать даже небольшие изменения сигнала в пределах поля зрения камеры. ИК-лазеры, используемые для возбуждения излучения образцов, обеспечивают проникновение излучения в испытуемый организм и получение исключительно благоприятного соотношения сигнал/шум.

Уникальной особенностью системы является возможность записи изображения с динамикой 6 порядков (22 бита), что позволяет записывать как слабые, так и сильные сигналы без насыщения. Это означает, что, в отличие от большинства 16-битных систем на рынке, способных принимать сигналы в диапазоне от 1 до 65 535, Pearl записывает диапазон уровней от 0 до 4 194 303.
.
Википедия, бесплатная энциклопедия

Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Из сегодняшней избранной статьи
Гинесский договор года был проектом соглашения о прекращении Столетней войны, заключенного между Англией и Францией с 1353 по 1354 год. Война разразилась в 1337 году и обострилась, когда английский король потребовал французского престола. После поражения французов в битве при Креси в 1347 году было заключено перемирие, хотя оно и не соблюдалось полностью.В 1352 г. снова вспыхнули полномасштабные бои, которые пошли плохо для французов. Фракция, выступавшая за мир, получила влияние в совете французского короля, переговоры были возобновлены, и было заключено мирное соглашение, согласно которому французские земли обменивались на английские претензии на французский престол. Проект договора был официально подписан в Гине 6 апреля 1354 года. Подробный договор должен был быть публично объявлен в октябре, но новый французский совет выступил против него, и проект был отклонен. В 1360 году был заключен Бретиньский мирный договор, который во многом копировал Гинский договор.Война снова вспыхнула в 1369 году, а Столетняя война окончательно закончилась в 1453 году, через 99 лет после подписания Гинского договора. ( Полная статья... )
Знаете ли вы...

Антимонумент в Гвадалахаре

В новостях

Алия Бостон

В этот день

Другие разделы Википедии

Портал сообщества — центральный узел для редакторов с ресурсами, ссылками, задачами и объявлениями.

Деревенский насос — Форум для обсуждения самой Википедии, включая политику и технические вопросы.

Новости сайта - Источники новостей о Википедии и более широком движении Викимедиа.

Teahouse — Задавайте основные вопросы об использовании или редактировании Википедии.

Служба поддержки — задавайте вопросы об использовании или редактировании Википедии.

Справочное бюро - Задавайте исследовательские вопросы по энциклопедическим темам.

Родственные проекты Википедии

Википедия написана редакторами-добровольцами и поддерживается Фондом Викимедиа, некоммерческой организацией, которая также поддерживает ряд других волонтерских проектов:

языков Википедии
.
165. Роль факторов роста, действующих через рецепторы с внутренней тирозинкиназной активностью, при отдельных пролиферативных заболеваниях системы кроветворения
https://doi.org/10.1016/S1507-1367(03)70649-XПолучить права и содержание
цель исследования

Цитокины, действующие через клеточные рецепторы с внутренней тирозинкиназной активностью (ТКР), регулируют ранние стадии кроветворения. Среди них выделяют: инсулин (INS), соматомедин (IGF), лиганд рецептора C-KIT (KL, SCF), факторы роста фибробластов (FGF), фактор роста гепатоцитов (HGF), нейтрофин (NGF), фактор роста тромбоцитов (PDGF). ), макрофагопоэтин (CSF-1).Нормальные кроветворные клетки синтезируют собственные факторы роста под действием аутокринных петель. Неизвестно, следует ли рост лейкозных клеток по тем же механизмам. Ответ на этот вопрос мог бы предоставить соответствующую информацию о биологии пирикуляриоза и потенциальных клинических применениях.

Материалы и методы

Клетки выделяли из крови больных острым и хроническим миелоидным лейкозом и острым лимфолейкозом. Экспрессию TKR оценивали методами RT-PCR и FACS.Оценивали способность синтезировать лиганды TKR с помощью ОТ-ПЦР и иммуноферментных методов. Исследовано влияние цитокинов на стимуляцию клоногенного роста лейкозных клеток.

Результаты

Клетки пациентов с ОМЛ и ОЛЛ экспрессировались на уровне мРНК большинства протестированных рецепторов, за исключением рецептора NGF и VEGF. В клетках ХМЛ была обнаружена мРНК для всех оцениваемых рецепторов, и они также характеризовались более высокой экспрессией белка при цитофлуориметрическом анализе. Экспрессия факторов роста на уровне мРНК была продемонстрирована для SCF, HGF, VEGF, bFGF, FLT-3, INS и IGF-1 в клетках AML, SCF, HGF, VEGF и FLT-3 в клетках ALL и SCF, HGF и VEGF в бластах CML.Оценка секреции цитокинов показала, что лейкемические бласты выделяют факторы роста, синтезированные на матрице мРНК, во внеклеточное пространство. Оценка пролиферативной активности лейкемических клеток показала, что только KL является мощным костимулятором. Ни один из оцениваемых факторов не был способен сам по себе индуцировать клоногенный рост бластов.

Применение

1. Лейкемические клетки экспрессируют ТКР и способны синтезировать гемопоэтические факторы роста, участвующие в механизме аутокринной стимуляции клеток к клональной пролиферации.

Рекомендуемые статьи

Copyright © 2009 Великопольский онкологический центр. Опубликовано Elsevier Urban & Partner Sp. зоопарк. Все права защищены.
.
Лиганд (биохимия) - en.tewksburyissues.org

Вещество, образующее комплекс с биомолекулой

Эта статья посвящена лигандам в биохимии. Чтобы узнать о лигандах в неорганической химии, см. Лиганд . Чтобы узнать о других значениях, см. Лиганд (значения) .

Миоглобин (синий) с гем-связанным лигандом (оранжевый). На основании PDB: 1MBO
В биохимии и фармакологии, среди прочего, лиганд представляет собой вещество, которое образует комплекс с биомолекулой, выполняющей биологические функции.Этимология происходит от ligare , что означает «связывать». При связывании белок-лиганд лиганд обычно представляет собой молекулу, которая производит сигнал путем связывания с сайтом на целевом белке. Связывание обычно приводит к изменению конформационной изомерии целевого белка. В исследованиях связывания ДНК и лиганда лигандом может быть небольшая молекула, ион или белок, который связывается с двойной спиралью ДНК. Связь между лигандом и партнером по связыванию зависит от заряда, гидрофобности и молекулярной структуры.Экземпляр связывания происходит в бесконечно малом диапазоне времени и пространства, поэтому константа скорости обычно очень мала.

Связывание происходит за счет межмолекулярных сил, таких как ионная связь, водородная связь и силы Ван-дер-Ваальса. Спаривание или стыковка на самом деле обратимы через диссоциацию. Измеримо необратимая ковалентная связь между лигандом и молекулой-мишенью необычна для биологических систем. Вопреки определению лиганда в металлоорганической и неорганической химии, в биохимии неоднозначно, связывается ли лиганд обычно с металлическим участком, как в случае с гемоглобином.В целом, интерпретация лиганда является контекстуальной в отношении наблюдаемого типа связывания.

Связывание лиганда с белком-рецептором изменяет конформацию, влияя на трехмерную ориентацию формы. Конформация рецепторного белка влияет на функциональное состояние. Лиганды включают субстраты, ингибиторы, активаторы, сигнальные липиды и нейротрансмиттеры. Скорость связывания называется сродством, и это измерение определяет тенденцию или силу эффекта. Аффинность связывания обновляется не только за счет взаимодействий хозяин-гость, но и за счет эффектов растворителя, которые могут играть доминирующую стерическую роль, управляющую нековалентным связыванием в растворе.Растворитель обеспечивает химическую среду, в которой лиганд и рецептор могут адаптироваться и, таким образом, принимать или отвергать друг друга в качестве партнеров.

Радиолиганды представляют собой соединения, меченные радиоактивным изотопом, которые используются in vivo в качестве индикаторов в ПЭТ и исследованиях связывания in vitro.

Аффинность связывания рецептора/лиганда

Взаимодействие лигандов с их сайтами связывания можно охарактеризовать с точки зрения их аффинности связывания. Как правило, связывание лиганда с высоким сродством является результатом более высоких сил притяжения между лигандом и его рецептором, в то время как связывание лиганда с низким сродством связано с более низкой силой притяжения.В общем, связывание с высокой аффинностью приводит к более высокой занятости рецептора его лигандом, чем при связывании с низкой аффинностью; время пребывания (время жизни рецептор-лиганд) не коррелирует. Связывание лигандов с рецепторами с высоким сродством часто является физиологически важным, поскольку часть энергии связывания может быть использована для изменения конформации рецептора, что приводит к изменению поведения, например, связанного ионного канала или фермента.

Лиганд, который может связываться с рецептором и изменять его функцию, вызывая физиологический ответ, называется агонистом рецептора.Лиганды, которые связываются с рецептором, но не активируют физиологический ответ, являются антагонистами рецептора.

Два агониста с одинаковой аффинностью связывания
Связывание агониста с рецептором можно охарактеризовать как степенью запуска физиологического ответа (т.е. эффективностью), так и концентрацией агониста, необходимой для вызова физиологического ответа (часто измеряемой как EC ₅₀, концентрация, необходимая для получения половины максимальной реакции).Связывание лиганда с высокой аффинностью означает, что относительно низкая концентрация лиганда достаточна для того, чтобы максимально занять сайт связывания лиганда и вызвать физиологический ответ. Сродство к рецептору измеряют константой ингибирования или значением K _I, т.е. концентрацией, необходимой для того, чтобы занять 50% рецептора. Сродство к лиганду чаще всего измеряют косвенно, как значение IC ₅₀, полученное в результате эксперимента по конкурентному связыванию, который определяет концентрацию лиганда, необходимую для замены 50% установленной эталонной концентрации лиганда.Значение K _и можно оценить по IC ₅₀ с помощью уравнения Ченга-Прусоффа. Аффинность лиганда также может быть измерена непосредственно как константа диссоциации (K _re) с использованием таких методов, как тушение флуоресценции, изотермическая титрационная калориметрия или поверхностный плазмонный резонанс.

Низкое сродство связывания (высокий уровень K _и) означает, что требуется относительно высокая концентрация лиганда, прежде чем сайт связывания может быть максимально занят и достигнут максимальный физиологический ответ на лиганд.В примере, показанном справа, два разных лиганда связываются с одним и тем же сайтом связывания рецептора. Только один из показанных агонистов может максимизировать стимуляцию рецепторов и, таким образом, может быть определен как полный агонист . Агонист, который может только частично активировать физиологический ответ, называется частичным агонистом . В этом примере концентрация, при которой полный агонист (красная кривая) может наполовину активировать рецептор, составляет примерно 5 x 10 ^-9 молярных (нм = наномолярные).

Два лиганда с разным сродством к рецептору. Аффинность связывания
чаще всего определяют с использованием меченого радиоактивным изотопом лиганда, известного как меченый лиганд. Эксперименты по гомологичному конкурентному связыванию включают конкуренцию связывания между меченым лигандом и немеченым лигандом. Методы в реальном времени, которые часто не содержат меток, такие как поверхностный плазмонный резонанс, интерферометрия с двойной поляризацией и многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс (MP-SPR), могут не только количественно определять сродство с помощью анализов на основе концентрации; но также из кинетики ассоциации и диссоциации, а в более поздних случаях конформационного изменения, вызванного связыванием.MP-SPR также позволяет проводить измерения в буферах с высокой степенью диссоциации соли благодаря своей уникальной оптической конфигурации. Разработан безиммобилизационный метод микромасштабного термофореза (МСТ). Этот метод позволяет определять аффинность связывания без ограничения молекулярной массы лиганда.

Для использования статистической механики в количественном исследовании сродства связывания лиганда с рецептором см. обширную статью о функции разделения конфигурации.

Лекарственная активность и аффинность связывания

Данные по аффинности связывания сами по себе не дают количественной оценки общей активности лекарственного средства.Прочность является результатом сложного взаимодействия как аффинности связывания, так и эффективности лиганда. Эффективность лиганда относится к способности лиганда генерировать биологический ответ при связывании с рецептором-мишенью и к количественной величине этого ответа. Этот ответ может быть агонистом, антагонистом или обратным агонистом в зависимости от генерируемого физиологического ответа.

Селективные и неселективные

Основная статья: селективность связывания

Селективные лиганды склонны связываться с очень ограниченным числом типов рецепторов, в то время как неселективные лиганды связываются с несколькими типами рецепторов.Это играет важную роль в фармакологии, где неселективные препараты, как правило, имеют больше побочных эффектов, поскольку они связываются с несколькими другими рецепторами в дополнение к тому, который вызывает желаемый эффект.

Гидрофобные лиганды

В случае гидрофобных лигандов (например, PIP2) в комплексе с гидрофобным белком (например, липидзависимыми ионными каналами) определение аффинности затрудняется неспецифическими гидрофобными взаимодействиями. Неспецифические гидрофобные взаимодействия можно преодолеть, когда аффинность лиганда высока.Например, PIP2 с высокой аффинностью связывается с закрытыми ионными каналами PIP2.

Двухвалентный лиганд

Двухвалентный лиганд состоит из двух лекарственных молекул (фармакофоров или лигандов), связанных инертным линкером. Существуют различные типы двухвалентных лигандов, и их часто классифицируют в зависимости от назначения фармакофоров. Гомобивалентные лиганды нацелены на два рецептора одного и того же типа. Гетеробивалентные лиганды нацелены на два разных типа рецепторов.Лиганды Bitop нацелены на ортостерические сайты связывания и аллостерические сайты связывания на одном и том же рецепторе.

В научных исследованиях двухвалентные лиганды использовались для изучения димеров рецепторов и изучения их свойств. Этот класс лигандов был инициирован Филипом С. Портогезе и его коллегами при изучении системы опиоидных рецепторов. Майкл Конн и его коллеги также первоначально сообщили о двухвалентных лигандах для рецептора гонадотропин-высвобождающего гормона.После этих ранних сообщений сообщалось о нескольких двухвалентных лигандах для различных систем рецепторов, связанных с G-белком (GPCR), включая системы рецепторов каннабиноидов, серотонина, окситоцина и меланокортина, а также системы GPCR-LIC (рецепторы D2 и nACh).

Двухвалентные лиганды обычно крупнее своих одновалентных аналогов и, следовательно, не «подобны наркотикам». (См. Правило пяти Липинского.) Многие считают, что это ограничивает их использование в клинических условиях.Несмотря на эти убеждения, есть много лигандов, о которых сообщалось об успешных доклинических исследованиях на животных. Учитывая, что некоторые двухвалентные лиганды могут иметь много преимуществ по сравнению с их одновалентными аналогами (такие как тканевая селективность, повышенная аффинность связывания и повышенная активность или эффективность), двухвалентные лиганды также могут иметь некоторые клинические преимущества.

Моно- и полидесмальные лиганды

Белковые лиганды также можно охарактеризовать количеством связанных белковых цепей.«Монодесмические» лиганды (μόνος: одиночные, δεσμός: связывание) — это лиганды, которые связывают одну белковую цепь, в то время как «полидесмические» лиганды (πολοί: многие) распространены в белковых комплексах и представляют собой лиганды, которые связывают более одной белковой цепи, обычно на или вблизи белковых интерфейсов.Недавние исследования показали, что тип лиганда и структура сайта связывания имеют серьезные последствия для эволюции, функции, аллостерии и фолдинга белковых комплексов.

Привилегированный каркас

Привилегированный каркас представляет собой молекулярный скелет или химическую часть, которая статистически повторяется среди известных лекарств или среди определенной матрицы биологически активных соединений.Эти привилегированные элементы могут быть использованы в качестве основы для разработки новых активных биологических соединений или библиотек соединений.

Методы, используемые для изучения связывания

Основными методами изучения белково-лигандных взаимодействий являются основные гидродинамические и калориметрические методы, а также основные спектроскопические и структурные методы, такие как

Спектроскопия с преобразованием Фурье

Спектроскопия комбинационного рассеяния

Флуоресцентная дих5спектроскопия

Ядерный магнитный резонанс

масс-спектрометрия

атомно-силовой микроскоп

Парамагнитные зонды

Двойная поляризационная интерферометрия

Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс

тест на связывание лиганда и флуоресценция тест на связывание

Другая флуоресценция интенсивности
флуоресценция. резонансный резонанс) / поверхностный плазмонный резонанс тушение FRET, интерферометрия биохимических слоев, коиммуно Непрямая преципитация ELISA, равновесный диализ, гель-электрофорез, дальнезападный блот, анизотропия поляризации флуоресценции, парамагнитный резонанс, микромасштабный термофорез

Резко возросшая вычислительная мощность суперкомпьютеров и персональных компьютеров сделала возможным изучение взаимодействий белок-лиганд также с использованием вычислительной химии.Например, глобальная сеть из более чем одного миллиона обычных персональных компьютеров использовалась для исследования рака в рамках проекта grid.org, который завершился в апреле 2007 года. Grid.org был заменен аналогичными проектами, такими как World Community Grid, Human Proteome Folding Project. , Compute Against Cancer and [email protected]

См. также

Agonist

Schild Regression

Аллостерическое регулирование

База данных Ki

[email protected]

GPUGRID.net

ДНК-связывающий лиганд

BindingDB

Sample Challenge

Ссылки

Внешние ссылки

BindingDB, общедоступная база данных измеренной аффинности связывания белок-лиганд.

BioLiP, обширная база данных взаимодействий лиганд-белок.

.
Смотрите также

Скорость оседания эритроцитов повышена у мужчин в крови причины

Пониженное содержание эозинофилов в крови

Чем лечить детей при коронавирусе

Розовый цвет кала

Настойка на молодых грецких орехах

Чувство шевеления в животе без беременности причины

Маленькие красные пятна на теле

Через сколько перестанут выпадать волосы после коронавируса

При пневмонии какой антибиотик лучше взрослому

Что снижает сахар в крови быстро

Пеликан позвоночник через рот